專利名稱：可交流輸出的蓄電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電器件。更詳細而言，本發(fā)明涉及不使用DC-DC轉(zhuǎn)換器(converter) 或反相器(inverter)而可在低損失、低噪聲(noise)下進行交流輸出的蓄電器件。
背景技術(shù)：
以產(chǎn)生交流電壓用的一電源例而言，有使用DC-DC轉(zhuǎn)換器及反相器來變換電容器等蓄電器件所保持電壓的方式者。
將如此的交流電源的一般性的電路構(gòu)成表示于圖1。該蓄電器件由蓄電手段-放電手段-DC/DC轉(zhuǎn)換器-反相器所構(gòu)成。
一般而言，通過電力而使某種電子機器動作時，必須在根據(jù)該器件的特性而決定的預(yù)定的動作電壓范圍內(nèi)進行供電。其理由是電子機器類于因應(yīng)于各個特性的預(yù)定的電壓范圍內(nèi)進行動作，而在該動作電壓范圍外會有動作不穩(wěn)定、或形成不動作的情形。因此，即使在上述交流電源中，為了將輸出電壓限定于固定范圍內(nèi)，主要也必須進行DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制。
(先前技術(shù)文獻)
(專利文獻)
專利文獻1 日本特開2008-219964
專利文獻2 日本特開平06-225462
專利文獻3 日本特開昭M-U6931
專利文獻4 美國發(fā)明專利第03100851號說明書
專利文獻5 日本特開2007-166691
專利文獻6 日本特開平07-115728
專利文獻7 日本特開2002-345157發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明欲解決的問題)
在此，特別是以蓄電手段而言，當(dāng)因應(yīng)于充放電狀態(tài)而使用輸出特性產(chǎn)生大的變化的電容器時，為了將該變動的輸出電壓變換成固定的動作范圍內(nèi)電壓，必須以廣泛的輸入電壓使DC-DC轉(zhuǎn)換器動作。該情形時，會產(chǎn)生因為以廣范圍的輸入電壓使DC-DC轉(zhuǎn)換器動作而導(dǎo)致?lián)p失增大的問題。此外，于使用使用有變壓器或線圈的一般的DC-DC轉(zhuǎn)換器時， 亦有包含線圈的電路尺寸變大的情形、或因鐵心等構(gòu)成構(gòu)件而使整體變壓器的重量變大等問題。
此外，于通過上述蓄電器件而輸出交流時形成通過反相器而將DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓予以切換(switching)的情形，然而當(dāng)來自DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓較高時，則會產(chǎn)生因切換高電壓而導(dǎo)致噪聲增大的問題。
因此，只要能提供盡量不使用DC-DC轉(zhuǎn)換器或反相器而可作交流輸出的蓄電器6件，則能達成改善效率、減低噪聲、以及整體器件的小型化。(解決問題的手段)
為了解決上述課題，本發(fā)明提供一蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的蓄電模塊而構(gòu)成；平衡電路，其構(gòu)成為和蓄電模塊群電性連接，而調(diào)整施加于各個蓄電模塊的電壓；開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1連接點的路徑中的開關(guān)而成；正反反相電路，其將第1連接點、以及和串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子電性連接的第2連接點作為輸入，而以將第1連接點和第2連接點的各者與輸出端子中的任意一個連接的方式構(gòu)成；蓄電模塊電壓檢測手段，其以檢測蓄電模塊的電壓的方式構(gòu)成；開關(guān)群控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過蓄電模塊電壓檢測手段所檢測的蓄電模塊的電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小，而將包含于開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；以及正反反相電路控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在正反反相電路中選擇連接于第1連接點和第2連接點的輸出端子，并構(gòu)成為因應(yīng)于作為目標的輸出電壓波形的大小和極性以及蓄電模塊的電壓，而進行開關(guān)群的開關(guān)切換以及連接于正反反相電路的第1和第2連接點的輸出端子的選擇，從而選擇因應(yīng)于存在于連結(jié)第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成的輸出電壓的大小，且選擇因應(yīng)于連接于該第1連接點和第2連接點的各者的輸出端子的輸出電壓的極性，并輸出具有作為該目標的輸出電壓波形的電壓。
上述蓄電器件以通過開關(guān)群的開關(guān)切換而選擇輸出電壓的大小的方式構(gòu)成，并不需要使用線圈或變壓器的習(xí)知型的DC-DC轉(zhuǎn)換器。來自具有通過開關(guān)切換而選擇的期望的大小的蓄電模塊群的電壓于通過正反反相電路且因應(yīng)于需求而接受極性(正負)的變換后，經(jīng)由輸出端子而輸出。
此外，在上述蓄電器件中，由于通過平衡電路而調(diào)整各蓄電模塊的電壓，故能進行以此等經(jīng)調(diào)整的電壓為單位的輸出電壓調(diào)整。
在此，以蓄電組件而言，為使用電容器等電壓變動較大的組件時，以通過蓄電模塊電壓檢測手段監(jiān)視產(chǎn)生變動的電壓為佳。此由于在將作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)予以固定期間， 亦因放電而會使電容器電壓下降，故為了取得動作范圍內(nèi)的輸出而必須隨時進行開關(guān)的切換。又，蓄電模塊電壓檢測手段亦可為以測定電壓而輸出因應(yīng)于測定電壓的模擬/數(shù)字信號的方式構(gòu)成的任意的機器。
因應(yīng)于上述蓄電組件的電壓變動、以及作為目標的電壓的開關(guān)切換以通過開關(guān)群控制手段來進行為佳。當(dāng)開關(guān)為使用MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)時，開關(guān)群控制手段亦可為由RF 振蕩電路等所構(gòu)成的任意的開關(guān)驅(qū)動器。
又，以上述開關(guān)驅(qū)動器的一例而言，其能使用以將通過蓄電模塊電壓檢測手段所檢測的蓄電模塊的電壓和目標波形電壓作比較，在決定最佳的切換狀態(tài)后，對開關(guān)群產(chǎn)生切換信號的方式而構(gòu)成的可程序化開關(guān)驅(qū)動器。不過，開關(guān)群控制手段并非必須具備如此的構(gòu)成，亦可通過任意的比較演算電路而進行如此的比較。同樣地，上述構(gòu)成的蓄電模塊電壓檢測手段、以及開關(guān)群控制手段并不需要以個別的手段而構(gòu)成，亦可使用含有此等功能的單一的機器。
如上所述，使用以將輸出電壓調(diào)整于某個時刻的目標電壓的方式而構(gòu)成的蓄電器件，于每個預(yù)定時間進行輸出電壓調(diào)整，借此即能形成不論直流/交流的任意的波形形態(tài)的電壓輸出。
此外，本發(fā)明提供一蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的蓄電模塊而構(gòu)成；平衡電路，其構(gòu)成為和蓄電模塊群電性連接，且調(diào)整施加于各個蓄電模塊的電壓；開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1連接點的路徑中的開關(guān)而成；以及正反反相電路，其將第1連接點、以及和所串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子電性連接的第2連接點作為輸入，而以將第1連接點和第2連接點的各者與輸出端子中的任意一個連接的方式構(gòu)成； 并構(gòu)成為通過開關(guān)群的開關(guān)切換而因應(yīng)于存在于連結(jié)第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小，并通過正反反相電路，因應(yīng)于連接于第1連接點和第2連接點的各者的輸出端子而選擇輸出電壓的極性。
以各控制手段而言，設(shè)成使用任意的外部機器，并于使用時通過適當(dāng)?shù)剡B接此等外部機器和上述蓄電器件，亦可達成本發(fā)明的目的。
此外，本發(fā)明提供一蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的分別連接于定電壓直流電源的蓄電模塊而構(gòu)成；開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1連接點的路徑中的開關(guān)而成；以及正反反相電路，其將第1連接點、以及和串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子電性連接的第2連接點作為輸入，而以將第1連接點和第2連接點的各者與輸出端子中的任意一個連接的方式構(gòu)成；并構(gòu)成為通過開關(guān)群的開關(guān)切換，而因應(yīng)于存在于連結(jié)第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小，并通過正反反相電路，因應(yīng)于連接于第1連接點和第2連接點的各者的輸出端子而選擇輸出電壓的極性。
連接直流電源于各蓄電模塊以取代使用平衡電路的構(gòu)成。其中一例為只要將各個蓄電模塊連接于定電壓直流電源，則不須考量各個蓄電模塊的電壓下降情形，而能進行輸出電壓調(diào)整。
本發(fā)明的蓄電器件可構(gòu)成為進一步具備電壓檢測手段，其以檢測蓄電模塊的電壓的方式構(gòu)成；開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過電壓檢測手段所檢測的蓄電模塊的電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小，將包含于開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；以及正反反相電路控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在正反反相電路中選擇連接于第1連接點和第2連接點的輸出端子，并因應(yīng)于作為目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及蓄電模塊的電壓，而控制開關(guān)群和正反反相電路，從而輸出具有作為目標的輸出電壓波形的電壓。
此外，本發(fā)明的蓄電器件可構(gòu)成為進一步具備電壓檢測手段，其以檢測連接于輸出端子的負荷的電壓的方式構(gòu)成；開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過電壓檢測手段所檢測的負荷電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小，將包含于開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；以及正反反相電路控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在正反反相電路中選擇連接于第1連接點和第2連接點的輸出端子，并因應(yīng)于作為目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及負荷電壓而控制開關(guān)群和正反反相電路，從而輸出具有作為目標的輸出電壓波形的電壓。
可構(gòu)成為不檢測蓄電模塊的電壓而直接檢測負荷電壓，并根據(jù)該檢測的負荷電壓而調(diào)整輸出電壓。此由于在蓄電模塊的電壓和負荷電壓間，因應(yīng)于導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)的選擇而成立特定的數(shù)學(xué)的關(guān)系，因此為了調(diào)整輸出電壓只要檢測此等中的任意一個即足夠之故。
本發(fā)明的蓄電器件可構(gòu)成為進一步具備負荷電壓檢測手段，其以檢測連接于輸出端子的負荷的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第2手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓、以及通過負荷電壓檢測手段所檢測的某個時刻的負荷電壓，將包含于開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個作成導(dǎo)通狀態(tài)；并通過負荷、以及經(jīng)由根據(jù)開關(guān)群控制第2手段而作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)而和負荷連接的蓄電模塊間的充放電，將負荷電壓調(diào)整為作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓。
使用本發(fā)明的蓄電器件，例如將交流電壓輸出于含有如線圈或電容器的電抗組件的負荷時(或者，于負荷為具有無法忽視任何的電抗成分的程度時)，由于感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生等因素而可能導(dǎo)致負荷電壓和作為目標的電壓值不一致的情形。特別是輸出時間性變動較大的高頻電壓時，該種影響將會變大?；蛘?，亦有由于負荷變動、殘留電位等的影響而使負荷電壓偏離輸出電壓目標值的情形。
根據(jù)上述構(gòu)成，則經(jīng)由負荷電壓檢測手段檢測和該目標值不同的實際的負荷電壓，將該負荷和蓄電模塊作連接而予以充放電，借此而能直接調(diào)整負荷電壓。此外，將負荷的剩余能量再生至蓄電模塊，借此而亦能將蓄電模塊的電壓下降進行某種程度的補償，此則有助于動作的穩(wěn)定化。
本發(fā)明提供一使用上述蓄電器件而輸出電壓的方法，其特征在于含有通過基準波形輸出手段而輸入基準波形信號的步驟；根據(jù)基準波形信號而決定作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小和極性的步驟；根據(jù)蓄電模塊的電壓和作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小而使包含于開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)的步驟；以及根據(jù)作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在正反反相電路中將第1連接點和第2連接點的各者與輸出端子中的任意一個連接的步驟；并依每次經(jīng)過預(yù)定的時間間隔而選擇輸出電壓的大小和極性，從而將輸出電壓調(diào)整為作為目標的輸出電壓波形。
提供使用本發(fā)明的蓄電器件而輸出期望的波形形態(tài)電壓的具體的順序的實施形態(tài)。
上述方法可含有在開關(guān)群中，能于預(yù)定的時間間隔內(nèi)實施1次以上的擇自全部的開關(guān)形成不導(dǎo)通的狀態(tài)、以及其中任意一個開關(guān)形成導(dǎo)通的所有的狀態(tài)的2個以上之狀態(tài)間的切換，從而調(diào)整在預(yù)定的時間間隔內(nèi)的輸出電壓時間平均的步驟。
根據(jù)上述構(gòu)成，則通過在各預(yù)定的時間間隔的開關(guān)切換等動作而輸出時間變動的電壓時，在該預(yù)定的時間間隔中，進行不同的輸出電壓的多個狀態(tài)間的開關(guān)切換，借此而能更細微地調(diào)整在該預(yù)定的時間間隔內(nèi)的實質(zhì)的(時間平均)電壓。以一例而言，為在預(yù)定的時間內(nèi)予以高速地切換全部的開關(guān)形成不導(dǎo)通的狀態(tài)、以及整數(shù)個串聯(lián)連接蓄電模塊為有助于輸出的狀態(tài)，借此而能取得對應(yīng)于半整數(shù)個的蓄電模塊電壓的輸出電壓。即使包含于蓄電器件的蓄電模塊的數(shù)量較少時，亦可作成通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制而進行輸出電壓的多階段調(diào)整的構(gòu)成。
此外，本發(fā)明提供一蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的蓄電模塊而構(gòu)成；平衡電路，其構(gòu)成為和蓄電模塊群電性連接，且調(diào)整施加于各個蓄電模塊的電壓；第1開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1端子的路徑中的開關(guān)而成；以及第2開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第2端子的路徑中的開關(guān)而成；并構(gòu)成為以通過第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)切換且因應(yīng)于存在于連結(jié)第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小和極性。
不使用正反反相電路，通過第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)切換而可進行輸出電壓的大小和極性的選擇的構(gòu)成。典型上適當(dāng)?shù)厍袚Q自第1開關(guān)群和第2開關(guān)群中的任意一個而選擇高電位側(cè)開關(guān)，或自其中的任意一個而選擇低電位側(cè)開關(guān)，據(jù)此即能進行極性的選擇。
此外，本發(fā)明提供一蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的分別連接于定電壓直流電源的蓄電模塊而構(gòu)成；第1開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1端子的路徑中的開關(guān)而成；以及第2開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第2端子的路徑中的開關(guān)而成；并構(gòu)成為通過第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)切換動作且因應(yīng)于存在于連結(jié)第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小和極性。
將定電壓直流電源連接于各蓄電模塊以取代使用平衡電路的構(gòu)成。
本發(fā)明的蓄電器件可構(gòu)成為進一步具備電壓檢測手段，其以檢測蓄電模塊的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過電壓檢測手段所檢測的蓄電模塊的電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小，將包含于第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的各個開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；并因應(yīng)于作為目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及蓄電模塊的電壓，而控制第1開關(guān)群和第2開關(guān)群，從而輸出具有作為目標的輸出電壓波形的電壓。
此外，本發(fā)明的蓄電器件可構(gòu)成為進一步具備電壓檢測手段，其以檢測連接于該蓄電器件的負荷的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過電壓檢測手段所檢測的負荷電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓，分別將包含于第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；并因應(yīng)于作為目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及負荷電壓而控制第1開關(guān)群和第2開關(guān)群，從而輸出具有作為目標的輸出電壓波形的電壓。
可為不須檢測蓄電模塊的電壓而直接檢測負荷電壓，并根據(jù)該檢測出的負荷電壓而調(diào)整輸出電壓的構(gòu)成。
本發(fā)明的蓄電器件可構(gòu)成為進一步具備負荷電壓檢測手段，其以檢測連接于該蓄電器件的負荷的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第2手段，其構(gòu)成為因應(yīng)于作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓、以及通過負荷電壓檢測手段所檢測的某個時刻的負荷電壓，分別將包含于第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；并通過負荷、以及經(jīng)由根據(jù)開關(guān)群控制第2手段而作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)而和負荷連接的蓄電模塊間的充放電，將負荷電壓調(diào)整為作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓。
作成能進行起因于負荷的電抗成分等的負荷電壓的偏離的補正、以及將剩余能量106/20 頁再生至蓄電模塊而補償蓄電模塊的電壓下降的構(gòu)成。
此外，本發(fā)明提供一使用上述蓄電器件而輸出電壓的方法，其特征在于含有通過基準波形輸出手段而輸入基準波形信號的步驟；根據(jù)基準波形信號而決定作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小和極性的步驟；以及根據(jù)蓄電模塊的電壓和作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小和極性，分別使包含于第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)的步驟；并依每次經(jīng)過預(yù)定的時間間隔而選擇輸出電壓大小和極性，從而將輸出電壓調(diào)整為作為目標的輸出電壓波形。
提供使用本發(fā)明的蓄電器件而輸出期望的波形形態(tài)電壓的具體的順序的實施形態(tài)。
上述方法可含有在預(yù)定的時間間隔內(nèi)實施1次以上的擇自于第1或第2開關(guān)群中將全部的開關(guān)形成不導(dǎo)通的狀態(tài)、以及在第1或第2開關(guān)群中分別將其中任意一個開關(guān)形成導(dǎo)通的所有狀態(tài)的2個以上的狀態(tài)間的切換，從而調(diào)整在預(yù)定的時間間隔內(nèi)的輸出電壓時間平均的步驟。
作成通過脈沖寬度調(diào)制控制而可進行輸出電壓的多階段調(diào)整的構(gòu)成。
又，蓄電組件其典型上雖為使用電容器或二次電池，但并不限定于此等，亦可使用任意的組件、模塊、以及器件等而構(gòu)成本發(fā)明的蓄電器件。
(發(fā)明的功效)
使用本發(fā)明的蓄電器件，即可不使用如DC-DC轉(zhuǎn)換器的模塊而能輸出作為目標的波形的直流/交流電壓。此外，在上述蓄電器件的一實施形態(tài)中，亦不需要反相器。
借此而實現(xiàn)能橫跨廣泛的輸出強度范圍，且能進行低損失、低噪聲的直流/交流電壓輸出的蓄電器件。
此外，將來自伴隨負荷變勛、殘留電位、電磁感應(yīng)等所產(chǎn)生的負荷的能量的逆流予以再生于蓄電模塊，從而能達成更嚴密的負荷電壓控制、以及能量消耗的高效率化。


圖1是使用蓄電手段的習(xí)知的交流蓄電器件的電路圖2是本發(fā)明第1實施形態(tài)的可交流輸出的蓄電器件的電路圖3是表示能作為平衡電路的一例使用的開關(guān)式電容器的電路圖4是表示在圖2的蓄電器件中，經(jīng)由連接點A、B而輸入于正反反相電路的一電壓波形例的曲線圖5是表示為了補償蓄電模塊的電壓下降的影響而施行的開關(guān)切換的圖6是表示通過圖2的蓄電器件而施加于負荷的一電壓波形例的曲線圖7是本發(fā)明第2實施形態(tài)的可交流輸出的蓄電器件的電路圖是表示在圖7的蓄電器件中，將第2開關(guān)群內(nèi)的SWlb作成導(dǎo)通狀態(tài)，且將在第1開關(guān)群內(nèi)作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)于5113至5111+13中予以切換時的一輸出電壓波形例的曲線圖8b是表示在圖7的蓄電器件中，將第1開關(guān)群內(nèi)的SWla作成導(dǎo)通狀態(tài)，且將在第2開關(guān)群內(nèi)作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)于SW^3至SWlrib中予以切換時的一輸出電壓波形例的曲線圖；11
圖9是表示通過圖7的蓄電器件而施加于負荷的一電壓波形例的曲線圖10是用以說明輸出電壓產(chǎn)生時間變動時所產(chǎn)生的負荷電壓的偏離狀態(tài)的電路圖11是表示輸出電壓產(chǎn)生時間變動時所產(chǎn)生的負荷電壓的偏離狀態(tài)的曲線圖12是本發(fā)明第3實施形態(tài)的具備再生功能的蓄電器件的電路圖13是本發(fā)明第4實施形態(tài)的具備再生功能的蓄電器件的電路圖14是表示用以說明本發(fā)明第5實施形態(tài)的電壓輸出方法的一蓄電器件的電路圖15是表示通過圖14的蓄電器件而作成的一半波波形電壓例的曲線圖16是表示和圖14的蓄電器件作比較而將開關(guān)數(shù)減為一半，且以蓄電組件單位將各開關(guān)間隔擴充至2倍的蓄電器件的電路圖17是表示通過圖16的蓄電器件而作成的一半波波形電壓例的曲線圖18是表示通過PWM控制圖16的蓄電器件而作成的一半波波形電壓例的曲線圖19是表示能以少量的開關(guān)數(shù)進行極細微的輸出電壓調(diào)整用以實施本發(fā)明的方法所用的蓄電器件的電路圖20是表示將定電壓直流電源連接于各蓄電模塊以取代平衡電路是本發(fā)明第6 實施形態(tài)的蓄電器件是電路圖21是表示將定電壓直流電源連接于各蓄電模塊以取代平衡電路的本發(fā)明第6 實施形態(tài)的蓄電器件的電路圖22是表示能作為平衡電路的一例而使用的電池(cell)電壓均等化電路的實施形態(tài)的電路圖23是圖22的電路中，Sa系統(tǒng)的開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，Sb系統(tǒng)的開關(guān)為不導(dǎo)通狀態(tài)的電路圖；以及
圖M是圖22的電路中，M系統(tǒng)的開關(guān)為不導(dǎo)通狀態(tài)，Sb系統(tǒng)的開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)的電路圖。
其中，附圖標記說明如下
1蓄電器件
2平衡電路
3蓄電模塊群
4開關(guān)群
5正反反相電路
6 負荷
7基準波形振蕩電路
8電壓檢測電路
9比較演算電路
10開關(guān)控制電路
11正反反相控制電路
12第1開關(guān)群
13第2開關(guān)群
14負荷電壓檢測電路
15比較回饋電路
16再生開關(guān)控制電路
17蓄電器件
18平衡電路
19電容器群
20開關(guān)群
21負荷
22蓄電器件
23平衡電路
24電容器群
25-.26開關(guān)群
27負荷
28定電壓直流電源。
具體實施方式
以下使用

本發(fā)明的蓄電器件、以及電壓輸出方法。但，本發(fā)明的蓄電器件的構(gòu)成并不限定于各附圖所顯示的特定的具體構(gòu)成，而能適當(dāng)?shù)卦诒景l(fā)明的范圍內(nèi)作變更。例如，在以下說明中，各蓄電組件雖主要為說明電容器，但，亦可為二次電池等可充放電的任意組件、或由多個組件所構(gòu)成的模塊。各蓄電組件的容量亦可各自不同。關(guān)于各開關(guān)， 在以下說明中，雖以MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)作說明，但，亦可使用任意的電子開關(guān)或機械式開關(guān)。
(實施例1)
蓄電器件1的構(gòu)成
圖2是本發(fā)明第1實施形態(tài)的可交流輸出的蓄電器件1的電路圖。蓄電器件1由下列構(gòu)件所構(gòu)成平衡電路2 ；蓄電模塊群3，其串聯(lián)連接η個蓄電模塊(以下稱為電容器) C1至Cn而構(gòu)成；開關(guān)群4，其由η個開關(guān)SW1至SWn所構(gòu)成；以及正反反相電路5，其包含開關(guān)ISal、ISa2、ISbl、ISb2 ；且構(gòu)成為以期望的大小、極性對負荷6施加電壓。又，負荷6并不限定于電阻器，亦可使用通過電力而動作的任意的組件、模塊、器件的任意的負荷。此外，圖中的A和B對應(yīng)于正反反相電路5的輸入部的連接點。
平衡電路2可由例如專利文獻1所揭示的蓄電模塊所構(gòu)成的電路，或者如圖3所示的由電容器Csl至Cslri、以及開關(guān)A至An所構(gòu)成的開關(guān)電容器系統(tǒng)而構(gòu)成的電路。
以平衡電路2而言，當(dāng)使用圖3的開關(guān)電容器系統(tǒng)時，通過開關(guān)A至An的高速切換而使電容器Csl至Cslri和C1至Cn互相進行充放電，借此使各電容器所分擔(dān)的電壓達成均一的狀態(tài)。
具體而言，當(dāng)奇數(shù)編號的開關(guān)QpQyQn為導(dǎo)通狀態(tài)時，由于電容器C1和Csl、C2和 Cs2,…以及Clri和Cslri分別并聯(lián)連接的狀態(tài)，故當(dāng)并聯(lián)連接的電容器間產(chǎn)生電壓不均的情形時，則互相進行充放電，而朝向消除電壓不均的方向。此外，另一方面，當(dāng)偶數(shù)編號的開關(guān)Q2> Q4> Q2n為導(dǎo)通狀態(tài)時，由于電容器C2和Csl, C3和Cs2,...以及Cn和Cslri分別并聯(lián)連接的狀態(tài)，故當(dāng)并聯(lián)連接的電容器間產(chǎn)生電壓不均的情形時，則互相進行充放電，而朝向解除電壓不均的方向。
因此，在將奇數(shù)編號的開關(guān)全部作成導(dǎo)通狀態(tài)和將偶數(shù)編號的開關(guān)全部作成導(dǎo)通狀態(tài)間重復(fù)進行切換動作，借此而由于各個電容器和其它的全部的電容器直接或間接地 (經(jīng)由其它的電容器)互相進行充放電，因此，電容器Csl至Cslri和C1至Cn的電壓達成均一化。
又，借平衡電路2而使電容器C1至Cn的電壓達成均等化，就本發(fā)明的蓄電器件1 而言并非必須者。
亦即，如后所述，蓄電器件1的輸出電壓的大小，雖能以各電容器C1至Cn的電壓作為單位而調(diào)整，但作為如此的調(diào)整單位的該各個蓄電組件電壓并不須要全部相等，例如為了作成以2種電壓單位而能調(diào)整輸出電壓，則能以將2種大小的電壓施加于各個電容器的方式而構(gòu)成平衡電路2?；蛘咭嗫蓪⑷康碾娙萜麟妷喝空{(diào)整為不同的值。
以構(gòu)成蓄電模塊群3的各蓄電模塊C1至Cn而言，亦可使用由2個以上的電容器或二次電池(或其它的任意的蓄電組件)所構(gòu)成的蓄電模塊以取代分別使用單獨的電容器。 即使為串聯(lián)/并聯(lián)連接2個以上的電容器或二次電池的情形時，亦可通過適當(dāng)?shù)赜嬎愫铣呻娙萘慷碗娙萜髯魍瑯拥靥幚怼?br> 包含于開關(guān)群4的各個開關(guān)SW1至SWn配置于連結(jié)電容器C1至Cn中的任意一個端子和蓄電器件1內(nèi)的連接點A的路徑中。將開關(guān)SW1至SWn中的任意一個作成導(dǎo)通狀態(tài)，借此而形成電氣連接此等端子中的任意一個和連接點A，因此，連接點A和連接點B間對應(yīng)于所選擇的開關(guān)而施加合計電容器C1至Cn中任意一個以上的電壓的電壓。
正反反相電路5通過切換開關(guān)ISal、ISa2, ISbl, ISb2選擇連接于連接點A和B的蓄電器件1的輸出端子而構(gòu)成。亦即，可因應(yīng)于是否將開關(guān)isal、ISa2作成導(dǎo)通狀態(tài)、或?qū)㈤_關(guān)Kbl、ISb2作成導(dǎo)通狀態(tài)而選擇施加于負荷6的電壓的極性。又，使用如此的4個開關(guān)的構(gòu)成為正反反相電路5的單一例子，而為了實施本發(fā)明的蓄電器件1，亦可使用能選擇輸出電壓的極性的任意的電路。
此外，于圖2的蓄電器件1具備基準波形振蕩電路7、電壓檢測電路8、比較演算電路9、開關(guān)控制電路10、以及正反反相控制電路11。
基準波形振蕩電路7輸出表示蓄電器件1應(yīng)輸出的屬于目標電壓的輸出電壓波形的基準波形信號。典型上以輸出自基準波形振蕩電路7所輸出的基準波形信號的瞬間電壓的固定倍率的電壓的方式，使蓄電器件1動作。
電壓檢測電路8以檢測各電容器C1至Cn中的任意一個以上、或全部的電壓的方式而構(gòu)成。典型上通過將電壓檢測電路8連接于電容器C1至Cn而直接檢測電容器C1至Cn的電壓，且輸出于比較演算電路9而構(gòu)成。然而，亦可為例如將電壓檢測電路8連接于平衡電路內(nèi)的任意的組件，并在檢測該組件的電壓后，根據(jù)該值而算出各電容器的電壓等的構(gòu)成。
又，如已敘述，電壓檢測電路8亦可直接檢測負荷6的電壓而非電容器的電壓。此由于蓄電模塊的電壓和負荷電壓間，因應(yīng)于作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)的選擇而成立特定的數(shù)學(xué)性關(guān)系，故為了調(diào)整輸出電壓而只要檢測此等之中的任意一種電壓即已充分之故。雖未圖標，但該情形時，電壓檢測電路8連接于負荷6而非蓄電模塊群3。
比較演算電路9將根據(jù)自基準波形振蕩電路7所輸出的基準波形信號的電壓而決定(典型上對基準波形信號的電壓乘以固定倍率的大小和極性的電壓而決定)的目標電壓和自電壓檢測電路8所輸出的電容器電壓作比較，且將信號輸出于開關(guān)控制電路10而構(gòu)成。
信號可為例如目標電壓和電容器電壓的單純的比率，或者自開關(guān)控制電路10接收目前的開關(guān)切換狀態(tài)的相關(guān)信息后，根據(jù)該切換狀態(tài)、以及自電壓檢測電路8所接收的電容器電壓值，在算出目前蓄電器件1所輸出的電壓的大小后，所通知目標電壓和輸出電壓中的任意一項的信號。或者，亦可以根據(jù)該信息而決定應(yīng)選擇的開關(guān)切換狀態(tài)，且將切換命令信號輸出于開關(guān)控制電路10的方式而構(gòu)成比較演算電路9。
開關(guān)控制電路10根據(jù)自比較演算電路9所接收的信號，將開關(guān)切換信號輸出于開關(guān)群4而構(gòu)成。
使用MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)作為開關(guān)SW1至SWn時，開關(guān)切換信號指例如由開關(guān)控制電路10內(nèi)的RF振蕩電路等所產(chǎn)生的RF信號?；蛘?，使用機械式開關(guān)作為開關(guān)SW1至SWn 時等，能以因應(yīng)于開關(guān)的具體性動作原理而發(fā)出適當(dāng)?shù)目刂菩盘柕姆绞剑m當(dāng)?shù)貥?gòu)成開關(guān)控制電路10。
正反反相控制電路11為了因應(yīng)需求而變更輸出電壓的極性，以將控制信號發(fā)出于正反反相電路5的方式而構(gòu)成。當(dāng)正反反相電路5采用圖2所示的開關(guān)的構(gòu)成時，則正反反相控制電路11和開關(guān)控制電路同樣地可作成任意的開關(guān)驅(qū)動器。但并不須限定于如此的構(gòu)成，可使用因應(yīng)于具體的正反反相電路5的構(gòu)成而能控制其動作的任意的電路。又， 通知應(yīng)輸出電壓的極性的信號可自比較演算電路9經(jīng)由開關(guān)控制電路10而輸入于正反反相控制電路11，或者，亦可自比較演算電路9直接輸入于正反反相控制電路11。
使本發(fā)明的蓄電器件動作時，可通過使用上述電路群7至11而使動作中的控制達成自動化。不過，如此的電路群并非必須，和任意的外部機器連接、或經(jīng)由任意的外部系統(tǒng)的控制下，即可使本發(fā)明的蓄電器件動作。
又，圖2雖分別表示基準波形振蕩電路7、電壓檢測電路8、比較演算電路9、開關(guān)控制電路10、以及正反反相控制電路11為個別的電路，但，亦可通過組合此等的全部功能的單一的電路而取代該等構(gòu)件，或亦可將此等的功能分擔(dān)于2個以上的任意數(shù)量的電路。
蓄電器件1的動作
繼而說明蓄電器件1的動作。首先，在初始狀態(tài)中，電容器C1至Cn分別通過預(yù)定的電壓進行充電。如上所述，此等的電壓雖可為相互不同，但以下將施加相等電壓于全部的電容器作為一例。此外，開關(guān)SW1至SWn全部作成不導(dǎo)通狀態(tài)，在正反反相電路5中，選擇任意的切換狀態(tài)。
比較演算電路9以可輸入來自基準波形電路7和電壓檢測電路8的信號的狀態(tài)下進行待機。以一例而言，比較演算電路9依每個通過構(gòu)成該電路的演算器件(未圖標)的時脈頻率等所決定的預(yù)定的時間間隔，確認來自基準波形電路7和電壓檢測電路8的信號， 并于存在兩個信號的情形時實施比較演算。
當(dāng)輸入來自基準波形電路7和電壓檢測電路8的信號于比較演算電路9時，比較演算電路9將自基準波形振蕩電路7所輸入的基準波形信號電壓的瞬間值和自電壓檢測電路8所輸入的電容器電壓作比較。
例如，基準波形信號電壓的瞬間值設(shè)為+50mV，電容器C1至Cn的電壓設(shè)為IV。作為蓄電器件1的設(shè)定倍率值而設(shè)定成以基準波形的100倍進行輸出(典型上自基準波形振蕩電路7、或經(jīng)由任意的外部接口而輸入于比較演算電路9的設(shè)定信號。)時，比較演算電路9將屬于基準波形信號電壓瞬間值的100倍的5V和電容器電壓的IV作比較后，將表示該比率的“5”和表示基準波形信號電壓的極性的“ + ”的信號輸出于開關(guān)控制電路10(或亦可將表示作為目標輸出電壓的“+5V”的信號直接輸出)。
開關(guān)控制電路10因應(yīng)輸入的信號而選擇應(yīng)選擇的開關(guān)群4的切換狀態(tài)。輸入有表示比率為“5”的信號時，由于作為目標的輸出電壓的大小必須選擇電容器5個分的電壓， 故對開關(guān)群4輸出用以將開關(guān)SW5作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)切換信號(或者，亦可根據(jù)自比較演算電路9所接收的表示作為目標輸出電壓的“+5V”的信號、以及自電壓檢測電路8所接收的電容器電壓，于開關(guān)控制電路10進行應(yīng)將開關(guān)SW5作成導(dǎo)通狀態(tài)用的判斷，并接著輸出開關(guān)切換信號的構(gòu)成。)。
通過上述開關(guān)切換信號而使開關(guān)SW5作成導(dǎo)通狀態(tài)，且在連接點A、B間施加電容器C1至C5的合計電壓的5V的電壓。
表示自比較演算電路9所輸出的基準波形信號瞬間電壓的極性，亦即目標電壓的極性“ + ”的信號經(jīng)由開關(guān)控制電路10(或直接)輸入于正反反相控制電路11。在正反反相控制電路11中，對“+”信號已預(yù)先做好使開關(guān)ISal和ISa2對應(yīng)的設(shè)定，對“-”信號已預(yù)先做好使開關(guān)1 和ISb2對應(yīng)的設(shè)定(或訂定相反的對應(yīng)關(guān)系的設(shè)定)。因此，接收“+”信號的正反反相控制電路11對正反反相電路5輸出用以使開關(guān)ISal和ISa2作成導(dǎo)通狀態(tài)的控制信號。
通過上述控制信號在正反反相電路5中，使開關(guān)ISal和ISa2作成導(dǎo)通狀態(tài)，且對負荷6施加屬于目標輸出電壓的“+5V”的電壓。
對應(yīng)基準波形信號電壓的某個時刻的瞬間值的輸出電壓調(diào)整動作如上述而進行。 主要為根據(jù)比較演算電路9所規(guī)定的時脈頻率，依每個經(jīng)過預(yù)定的時間間隔，因應(yīng)于時時刻刻產(chǎn)生變化的目標輸出電壓的瞬間值，而通過上述調(diào)整動作調(diào)整輸出電壓。若使用蓄電器件1，則亦可因應(yīng)于基準波形信號而輸出直流/交流中的任意一個的電壓。
又，并非僅限目標輸出電壓的瞬間值，在因電容器C1至C5的放電而使電容器電壓下降時，亦能根據(jù)上述動作而進行適當(dāng)?shù)拈_關(guān)切換。
例如，在某個時刻中，自基準波形振蕩電路7輸入于比較演算電路9的信號，其作為基準波形信號電壓的瞬間值和以前相同而以+50mV予以表示。另一方面，根據(jù)由電壓檢測電路8所輸入的信號，電容器C1至Cn的電壓分別設(shè)成0. 5V (通過持續(xù)施加電壓于負荷6， 對應(yīng)于在電容！C1至(6中，因放電而產(chǎn)生電壓下降的情形。又，即使直接連接于負荷6的電容器僅為C1至C5，亦通過平衡電路2的動作在電容器C1至Cn中，產(chǎn)生相等的電壓下降。)。
比較演算電路9將屬于基準波形信號電壓瞬間值的100倍的5V和電容器電壓的 0. 5V作比較后，將表示該比率的“10”和表示目標電壓的極性的“ + ”的信號輸出于開關(guān)控制電路10。
開關(guān)控制電路10因應(yīng)于輸入的信號而選擇應(yīng)選擇的開關(guān)群4的切換狀態(tài)。輸入比率表示“10”的信號時，由于作為輸出電壓的大小必須選擇10個電容器分的電壓，故對開關(guān)群4輸出用以將開關(guān)SWltl (未圖標)作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)切換信號。16
通過上述開關(guān)切換信號而使開關(guān)SWltl作成導(dǎo)通狀態(tài)，且在連接點A、B間施加屬于電容器C1至Cltl (未圖標)的合計電壓的5V的電壓。
自比較演算電路9所輸出的表示目標電壓的極性的“ + ”的信號經(jīng)由開關(guān)控制電路 10(或直接)輸入于正反反相控制電路11。接收“+”信號的正反反相控制電路11對正反反相電路5輸出用以將開關(guān)ISal和ISa2作成導(dǎo)通狀態(tài)的控制信號。
根據(jù)上述控制信號，在正反反相電路5當(dāng)中，使開關(guān)ISal和ISa2作成導(dǎo)通狀態(tài)(已選擇如此的狀態(tài)時，則無須切換。)，對負荷6施加“+5V”的輸出電壓。
如此，通過電壓檢測電路8而持續(xù)監(jiān)視電容器電壓，借此即能防止因電容器的電壓下降所導(dǎo)致的輸出電壓的混亂現(xiàn)象。
圖4是表示在作為目標輸出電壓而輸入正弦波時，橫跨1周期而表示輸出于連接點A、B間的電壓的曲線圖。實際的正弦波在1周期間于正和負間其極性雖產(chǎn)生變化，但由于開關(guān)群4的切換并未對應(yīng)于極性變化，故于A、B間即經(jīng)常輸出相同極性的電壓。該電壓輸入于正反反相電路，并于各時刻中，接受對應(yīng)于目標輸出電壓的極性的變換。
又，在圖4的曲線圖中，輸往A、B的輸出電壓并未作連續(xù)性的變化，而依每個固定時間間隔產(chǎn)生階段狀的變化。此如已述，蓄電器件1的輸出電壓的調(diào)整依每個預(yù)定的時間間隔進行之故。
在圖4的例中，于基準波形信號的1周期間進行16次輸出電壓的調(diào)整。然而，通過將上述預(yù)定的時間間隔設(shè)定更短，即可取得更平滑的輸出電壓波形。
圖5是表示為了補償電容器的電壓下降的影響而施行的開關(guān)切換的圖。如已述， 通過持續(xù)施加電壓于負荷6，而使各電容器C1至Cn放電，且使各個電壓下降。因此，即使作為基準波形信號而輸入振幅固定的正弦波時，為了輸出對應(yīng)于該固定振幅的大小的電壓， 所必需的電容器的數(shù)量隨著時間經(jīng)過而增加。
圖5中的實線所表示的曲線圖表示橫跨某半個周期，為了輸出對應(yīng)于基準波形信號的正弦波而作選擇的開關(guān)的時間變化。另一方面，圖5中的虛線表示橫跨較上述的某半周期為時間上更后方的另外的半周期，為了輸出對應(yīng)于基準波形信號的正弦波而作選擇的開關(guān)的時間變化。為了輸出相同振幅的正弦波的相同相位的電壓值，已知必須因應(yīng)于時間經(jīng)過而使更多的電容器有助于輸出(又，在此相較于電容器的放電時間而使正弦波的周期假設(shè)為充分短的情形。如此的條件未成立時，圖5中的曲線圖即使在相同的半周內(nèi)，亦因應(yīng)于時間經(jīng)過而修正為朝“右上方上升”的上升方向。)。
又，如組合任何的充電手段于平衡電路2的情形時、或如后述的實施例6所說明， 對電容器C1至Cn連接有定電壓直流電源時，為了使電容器C1至C5的電壓保持固定，則不需要因應(yīng)于電壓下降的上述開關(guān)的切換動作。
圖6是表示作為基準波形信號而輸入有正弦波時的來自蓄電器件1的輸出電壓的曲線圖。該電壓作為蓄電器件1的輸出而施加于負荷6。如此的波形對應(yīng)于在圖4所示的電壓在正反反相電路5中接受適當(dāng)?shù)臉O性變換而實現(xiàn)的交流電壓。
(實施例2)
蓄電器件1的構(gòu)成
圖7是本發(fā)明第2實施形態(tài)的可交流輸出的蓄電器件1的電路圖。和圖1的蓄電器件1不同，并不包含正反反相電路5、以及正反反相控制電路11，另一方面，開關(guān)群4由下列構(gòu)件所構(gòu)成第1開關(guān)群12，其由SWla至SWn+la所構(gòu)成；以及第2開關(guān)群13，其由SWlb至 Sffn+lb所構(gòu)成。
第1開關(guān)群12的各個開關(guān)SWla至SWn+la配置于連結(jié)電容器C1至Cn中的任意一個端子和蓄電器件1內(nèi)的連接點A的路徑中。第2開關(guān)群13的各個開關(guān)SW^3至SWlrib配置于連結(jié)電容器C1至Cn中的任意一個端子和蓄電器件1內(nèi)的連接點B的路徑中。又，由于圖7 的蓄電器件1并不包含正反反相電路5，故于連接點A、B連接著負荷6。因此，以下將A、B 稱為輸出端子A、B。
根據(jù)圖7的構(gòu)成，則可不使用正反反相電路而變更輸出電壓的極性。其一例為第 1開關(guān)群12中的開關(guān)SW5a、以及第2開關(guān)群13中的開關(guān)SW2b形成導(dǎo)通的狀態(tài)，雖施加相當(dāng)于電容器c2、c3、c4的電壓合計值的輸出電壓于負荷6，但為了變更該輸出電壓的極性，只要以使第1開關(guān)群12中的開關(guān)SW2a、以及第2開關(guān)群13中的開關(guān)SW5b形成導(dǎo)通的狀態(tài)，而在各個開關(guān)群進行切換即可。
又，關(guān)于其它的要素和圖2的蓄電器件相同，各個要素、電路、組件、以及模塊并不限定于圖標的具體構(gòu)成，而可在本發(fā)明的范圍內(nèi)作適當(dāng)?shù)淖兏?br> 蓄電器件1的動作
繼而說明圖7的構(gòu)成的蓄電器件1的動作。首先，在初始狀態(tài)中，電容器C1至Cn 分別通過預(yù)定的電壓進行充電。如上述，此等的電壓雖可相互不同，但作為一例，在以下設(shè)為施加相等電壓于全部的電容器。此外，開關(guān)SWla至SWn+la、以及開關(guān)SWlb至swn+lb的至少一方全部作成不導(dǎo)通狀態(tài)，且自蓄電器件1未施加電壓于負荷6。
比較演算電路9于可輸入來自基準波形電路7和電壓檢測電路8的信號的狀態(tài)下進行待機。以一例而言，比較演算電路9依每個通過構(gòu)成該電路的演算器件(未圖標)的時脈頻率等所決定的預(yù)定的時間間隔，確認來自基準波形電路7和電壓檢測電路8的信號， 并于存在兩個信號的情形時實施比較演算。
當(dāng)輸入來自基準波形電路7和電壓檢測電路8的信號于比較演算電路9時，比較演算電路9將自基準波形振蕩電路7所輸入的基準波形信號電壓的瞬間值和自電壓檢測電路8所輸入的電容器電壓作比較。
例如，設(shè)成基準波形信號電壓的瞬間值為+50mV，電容器C1至(；的電壓分別為IV。 作為蓄電器件1的設(shè)定倍率值而設(shè)定成以基準波形的100倍進行輸出(典型上為通過輸入于經(jīng)由任意的接口的比較演算電路9)時，比較演算電路9將屬于基準波形信號電壓瞬間值的100倍的5V和電容器電壓的IV作比較后，將表示該比率的“5”和表示基準波形信號電壓的極性的“ + ”的信號輸出于開關(guān)控制電路10。
開關(guān)控制電路10因應(yīng)于輸入的信號而選擇應(yīng)選擇的第1開關(guān)群12、以及第2開關(guān)群13的切換狀態(tài)。輸入有表示比率為“5”的信號時，由于作為輸出電壓的大小必須選擇5 個電容器分的電壓，故對例如第1開關(guān)群12為輸出用以將開關(guān)SW6Jt成導(dǎo)通狀態(tài)的信號、 對第2開關(guān)群13為輸出用以將開關(guān)SWlb作成導(dǎo)通狀態(tài)的信號、或者，對第1開關(guān)群12為輸出用以將開關(guān)SWla作成導(dǎo)通狀態(tài)的信號、對第2開關(guān)群13為輸出用以將開關(guān)SW6b作成導(dǎo)通狀態(tài)的信號。
要選擇任意一種切換狀態(tài)因應(yīng)于由來自比較演算電路9的信號所指示的基準波形信號瞬間電壓的極性，亦即因應(yīng)于目標電壓的極性而決定。以一例而言，極性為“ + ”時，在做成以自第1開關(guān)群12所選擇之開關(guān)的指針數(shù)成為自第2開關(guān)群13所選擇之開關(guān)的指針數(shù)以上的方式進行開關(guān)選擇的設(shè)定(典型上為通過輸入于經(jīng)由任意的接口的開關(guān)控制電路10)時，用以使開關(guān)SW6a和SWlb作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)切換信號對第1開關(guān)群12和第2 開關(guān)群13輸出。
或者，亦可于極性為“ + ”時預(yù)先決定將第2開關(guān)群中的SW^3作成導(dǎo)通狀態(tài)，于極性為“-”時，預(yù)先決定將第1開關(guān)群中的SW1Jt成導(dǎo)通狀態(tài)。亦即因應(yīng)于極性而將電壓的基準點予以固定的話，“ + ”時自第1開關(guān)群，“-”時自第2開關(guān)群選擇適當(dāng)?shù)拈_關(guān)，借此即能進行對應(yīng)于目標輸出電壓的大小的輸出電壓的調(diào)整。采取如此的構(gòu)成時，在改變目標輸出電壓的極性的時序以外，由于可通過僅切換第1開關(guān)群或第2開關(guān)群中的任意一方而對應(yīng)于目標輸出電壓變動，故更能減低因開關(guān)切換所產(chǎn)生的噪聲情形。
如上述，通過第1開關(guān)群12和第2開關(guān)群13的適當(dāng)切換，對負荷6施加屬于目標輸出電壓的“+5V”的電壓。
對應(yīng)于基準波形信號電壓的某個時刻的瞬間值的輸出電壓調(diào)整動作如上述而進行。主要為根據(jù)比較演算電路9所規(guī)定的時脈頻率，依每個經(jīng)過預(yù)定的時間間隔，因應(yīng)于時時刻刻產(chǎn)生變化的目標輸出電壓的瞬間值，而通過上述調(diào)整動作而調(diào)整輸出電壓。若使用蓄電器件1，則亦可因應(yīng)于基準波形信號而輸出直流/交流中的任意一個的電壓。
又，并非僅限于目標輸出電壓的瞬間值，于因電容器C1至C5的放電而使電容器電壓下降時，亦和圖2所示的蓄電器件同樣地，可通過上述動作而進行適當(dāng)?shù)拈_關(guān)切換。
如上述，通過電壓檢測電路8而持續(xù)監(jiān)視電容器電壓，借此即能防止因電容器的電壓下降所導(dǎo)致的輸出電壓的混亂現(xiàn)象。
圖8a、圖8b是表示在作為基準波形信號而輸入有正弦波時，橫跨自輸出端子A、B 輸出的電壓的各半周期的曲線圖。圖8a表示最初的半周期，圖8b表示續(xù)接的半周期。具體而言，其圖標在最初的半周期將第2開關(guān)群13中的開關(guān)SW^3作成導(dǎo)通狀態(tài)，且自第1開關(guān)群12配合正弦波形而適當(dāng)?shù)刈兏x擇的開關(guān)，繼而在續(xù)接的半周期中，將第1開關(guān)群12 中的開關(guān)SWla作成導(dǎo)通狀態(tài)，且自第2開關(guān)群13配合正弦波形而適當(dāng)?shù)刈兏x擇的開關(guān)而輸出的電壓。由于通過第1開關(guān)群12和第2開關(guān)群13的適當(dāng)?shù)那袚Q而能對應(yīng)于極性變化，故能不使用正反反相電路而能輸出伴隨極性變化的任意的波形的電壓。又，圖9是表示通過圖7的蓄電器件1而橫跨1周期輸出伴隨如此的極性變化的交流電壓時的輸出電壓。
又，和第1實施形態(tài)相同地，來自輸出端子A、B的輸出電壓并不作連續(xù)性的變化， 而依每個固定時間間隔進行階段狀的變化。此如已敘述，因為蓄電器件1的輸出電壓的調(diào)整依每個固定時間間隔進行之故。通過將預(yù)定的時間間隔設(shè)定為更短的狀態(tài)，即可取得更平滑的輸出電壓波形。
此外，在圖7的蓄電器件1中，通過持續(xù)施加電壓于負荷6，而使各電容器C1至Cn 放電，且使各個電壓下降。因此，即使作為基準波形信號而輸入振幅固定的正弦波時，為了輸出對應(yīng)于該固定的振幅的大小的電壓所必需的電容器的數(shù)量隨著時間經(jīng)過而增加。因此，以進行和第1實施形態(tài)相同的圖5中所示的開關(guān)切換為佳。
但，如于平衡電路2組合任何的充電手段的情形時、或后述的實施例6所說明，對電容器C1至Cn而連接定電壓直流電源時，為了使電容器C1至C5的電壓保持固定，并不需要因應(yīng)于電壓下降的上述開關(guān)的切換動作。
(實施例3)蓄電器件1的構(gòu)成圖12是本發(fā)明第3實施形態(tài)的具備再生功能的蓄電器件1的電路圖。相較于圖2 的蓄電器件，其增加負荷電壓檢測電路14、比較回饋電路15、以及再生開關(guān)控制電路16而構(gòu)成。使用圖12的蓄電器件1，即使負荷電壓偏離作為將基準波形信號電壓乘以設(shè)定倍率值的電壓的目標電壓值的情形時，亦能修正其偏離狀態(tài)，且對應(yīng)于該偏離的電壓而將負荷6的剩余能量再生于電容器，借此而能將電容器的電壓下降作某種程度的補償。蓄電器件1的動作在說明通過圖12的蓄電器件1而實現(xiàn)的再生功能前，先使用圖10和圖11而說明有關(guān)于再生功能為必要的原因的負荷電壓的偏離。圖10是表示用以說明負荷電壓的偏離的較佳的蓄電器件的一例。蓄電器件17由下列構(gòu)件所構(gòu)成平衡電路18 ；電容器群19，其由電容器C1至C8所構(gòu)成；以及開關(guān)群20，其由開關(guān)SW1至518所構(gòu)成，通過適當(dāng)?shù)厍袚Q作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)而能將取決于時間的電壓輸出于負荷21而構(gòu)成。圖11是表示通過此種蓄電器件17而產(chǎn)生輸出時間變動的電壓時，其偏離負荷電壓的理想值的曲線圖。在蓄電器件17中，通過依各預(yù)定時間將作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)切換為SW1, SW^ SW8，則電流自各電容器流通于負荷21，且負荷電壓呈現(xiàn)階段狀上升。各段的寬度依分別對應(yīng)于電容器C1至C8的電壓。在此考量將SW8作成導(dǎo)通狀態(tài)而施加最大電壓于負荷21后，在續(xù)接的切換中，將作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)切換為SW7，Sff6,…SW1,借此而能以和上升時相對稱的形態(tài)(pattern) 使負荷電壓下降的情形。該情形時，若負荷21為理想的充分重的電阻器，則能以和圖11的虛線所示的上升時相對稱的階段形態(tài)使負荷電壓下降。但若負荷21為含有如線圈或電容器之類的電抗組件的構(gòu)成時、或負荷21為較輕時、或負荷21為因其形狀等而具有任何的電抗成分，且其電抗成分相較于電阻成分而為無法忽視的程度的大小時等，則如實線所示，負荷電壓的下降形態(tài)偏離理想的圖案。以一例而言，在負荷21內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而產(chǎn)生如此的偏離狀態(tài)。使用圖12的蓄電器件1，則能修正來自如此的電壓變動的理想性形態(tài)的偏離。以該點作為目標而說明蓄電器件1的動作如下。除了與負荷電壓變動的偏離的修正相關(guān)的動作之外，圖12的蓄電器件1和圖2所示的蓄電器件1相同的動作。亦即，于比較演算電路9進行自基準波形振蕩電路7所輸入的基準波形信號電壓的瞬間值和自電壓檢測電路8所輸入的電容器電壓的比較，并因應(yīng)于設(shè)定倍率值而決定應(yīng)有助于往負荷的電壓輸出的電容器的數(shù)量，且通過將對應(yīng)的開關(guān)切換信號輸出于開關(guān)群4而選擇輸出電壓的大小，此外，因應(yīng)于自基準波形振蕩電路7所輸入的上述基準波形信號電壓的瞬間值的極性(正負)而將控制信號輸出于正反反相電路5，并選擇施加于負荷的電壓的極性。在此，作為圖12的蓄電器件1所進行的新的動作，負荷電壓檢測電路14監(jiān)視負荷6的電壓，且將表示檢測出的電壓的信號輸出于比較回饋電路15。此外，對比較回饋電路15自基準波形振蕩電路7輸入表示目標輸出電壓的信號。此等信號輸出輸入的時序可根據(jù)任何的外部機器而予以同步、或亦可作成負荷電壓檢測電路14和基準波形振蕩電路7 依根據(jù)各別設(shè)定的時脈頻率等所決定的預(yù)定的時間間隔，分別輸出信號于比較回饋電路15 的構(gòu)成?；蛘?，對比較回饋電路15而自基準波形振蕩電路7或構(gòu)成蓄電器件1的其它的任意的模塊輸入分別表示基準波形信號電壓瞬間值、以及上述設(shè)定倍率值的信號亦可?；蛘撸?預(yù)先經(jīng)由任意的外部接口而將如此的設(shè)定倍率值直接輸入于比較回饋電路15而構(gòu)成蓄電器件1亦可。比較回饋電路15使用通過來自負荷電壓檢測電路14的信號所通知的負荷電壓、 以及通過來自基準波形振蕩電路7的信號所通知的目標輸出電壓而算出距離負荷電壓的目標輸出電壓的偏離狀態(tài)。接著，舉一例而言，為產(chǎn)生表示負荷電壓和上述目標電壓的差值的信號，并輸出于再生開關(guān)控制電路16。或者，亦可為僅于和上述目標值的差值超過預(yù)定的容許界限值時，輸出信號于再生開關(guān)控制電路16的構(gòu)成。再生開關(guān)控制電路16響應(yīng)于來自上述比較回饋電路15的信號，將開關(guān)切換信號輸出于開關(guān)群4(自比較回饋電路15輸入表示負荷電壓和上述目標值的差值的信號時，以該值超過預(yù)定的容許界限值為條件，而輸出該開關(guān)切換信號。)。在接收到切換信號的開關(guān)群4中，為了施加輸出電壓于負荷而作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)一旦被開放，則續(xù)接的重新?lián)褡蚤_關(guān)群4的任意一個開關(guān)即形成導(dǎo)通狀態(tài)。典型上在上述動作中，將開關(guān)SWJt成導(dǎo)通狀態(tài)。據(jù)此而負荷6僅連接著電容器 C1，起因于兩者的電位差而自負荷6將剩余能量再生于電容器Cp又，為了進行再生動作， 雖并非必須選擇SW1,但在使和負荷6的電位差增大而使再生速度上升之點中，以通過選擇 Sff1而使連接于負荷6的電容器數(shù)量達于最小狀態(tài)為佳。剩余能量的再生在此例中指自負荷6放電至電容器C1，負荷6的電壓下降而接近目標值，另一方面，電容器C1的電壓則上升。又，由于電容器C1至Cn的電壓恒常地通過平衡電路2而作調(diào)整，故于采用平衡電路2進行電壓均等化的構(gòu)成的一例中，充電至電容器C1的能量通過平衡電路2而分配于電容器C2至(；，因此，各電容器的電壓即上升。據(jù)此即能延長蓄電器件1的可動作時間。在將開關(guān)SW1作成導(dǎo)通狀態(tài)下而經(jīng)過預(yù)定時間后，用以使開關(guān)SW1作成不導(dǎo)通狀態(tài)，并再度將開關(guān)群4切換于進行再生的瞬前的切換狀態(tài)的開關(guān)切換信號自開關(guān)控制電路 10輸出于開關(guān)群4。上述預(yù)定時間經(jīng)過的通知亦可由控制蓄電器件全部的動作時序的任何一個外部機器來進行，或亦可作成自再生開關(guān)控制電路16輸出表示經(jīng)過預(yù)定時間的信號于開關(guān)控制電路10的構(gòu)成?；蛘撸粚㈩A(yù)定時間經(jīng)過作為開關(guān)切換的條件，而在上述再生動作中亦隨時進行負荷電壓檢測電路14進行的負荷電壓的檢測、以及比較回饋電路15的負荷電壓和目標值的比較，并在負荷電壓和目標值的差值低于預(yù)定的容許界限值的時點，控制信號自比較回饋電路15輸出于開關(guān)控制電路10，且回復(fù)至再生動作前的切換狀態(tài)的構(gòu)成。以下的動作和圖2的蓄電器件的動作相同。因應(yīng)于來自基準波形振蕩電路7和電壓檢測電路8的時時刻刻的輸入而調(diào)整輸出電壓的大小和極性。在此，進行上述再生動作的時序可任意設(shè)定。例如，亦可作成以和進行因應(yīng)于來自上述基準波形振蕩電路7和電壓檢測電路8的輸入的輸出電壓調(diào)整的上述預(yù)定的時間間隔
21相同的時間間隔，亦即伴隨著每次的輸出電壓調(diào)整而進行再生動作的構(gòu)成、或作成能以不同于上述的時間間隔而進行比較回饋電路15的比較動作的構(gòu)成。(實施例4)又，上述再生動作的構(gòu)成亦可安裝于圖7的蓄電器件。將該情形的蓄電器件的構(gòu)成表示于圖13。和圖12的蓄電器件相同地，通過負荷電壓檢測電路14監(jiān)視負荷6的電壓，且在比較回饋電路15中將負荷電壓和目標值作比較，且因應(yīng)于比較結(jié)果而使開關(guān)群4暫時地切換于用以進行再生動作的開關(guān)切換狀態(tài)。又，由于在圖13的蓄電器件中，開關(guān)群4由第1開關(guān)群12和第2開關(guān)群13所構(gòu)成，故實施再生動作時，分別自第1開關(guān)群12和第2開關(guān)群13選擇應(yīng)作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)。從再生速度的上升的觀點而言，為了施加與負荷電壓為極性相反且大的電壓于負荷6，以分別進行開關(guān)選擇為佳。但由于有大電流流入至電容器而導(dǎo)致電容器損傷的危險性、以及超過應(yīng)修正的范圍而喪失負荷6的能量的問題，故再生動作中，應(yīng)采用的開關(guān)切換狀態(tài)應(yīng)因應(yīng)于各組件的特性或目標輸出電壓的時間變動的大小等各項條件而隨時設(shè)定。相關(guān)業(yè)者可根據(jù)本發(fā)明的說明而適當(dāng)?shù)剡M行如此的設(shè)定，此外，在本發(fā)明的范圍包含如此的變化的全部。(實施例5)繼而說明本發(fā)明第5實施形態(tài)的電壓輸出方法。本方法亦可使用圖2、圖7、圖12、 以及圖13中的任意一個蓄電器件而實施，其以較少的組件數(shù)量而極細微地調(diào)整所謂時間平均值的實質(zhì)性的輸出電壓的方法。圖14和圖16為方便說明輸出電壓調(diào)整的調(diào)整刻劃幅度的問題而表示蓄電器件 22的一例。各個蓄電器件22由平衡電路23、相同數(shù)量的電容器C1至C8所構(gòu)成的電容器群 24、以及開關(guān)群25或沈所構(gòu)成，通過適當(dāng)?shù)厍袚Q作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)而將依存于時間的電壓輸出于負荷27的構(gòu)成。其中，開關(guān)群25為由8個開關(guān)SW1至SW8K構(gòu)成，相對于此開關(guān)群沈由4個開關(guān)SW1至SW4所構(gòu)成而不同。在圖14的蓄電器件22中，亦可通過將開關(guān)SW1至SW8中的任意一個作成導(dǎo)通狀態(tài)而以1個單位選擇有助于輸出電壓的電容器的數(shù)量。另一方面，在圖15的蓄電器件中，僅能以2個單位而進行有助于輸出電壓的電容器的數(shù)量選擇。當(dāng)平衡電路23為將各電容器電壓達成均一化地構(gòu)成時，依序切換圖14的蓄電器件22中的開關(guān)時的輸出電壓表示于圖15。將各電容器的電壓設(shè)為V，則通過將開關(guān)切換為 (全部為不導(dǎo)通狀態(tài))、SWi、SW2、…SW8，輸出電壓即調(diào)整為(0)、V、2V、"·8ν，此外，通過切換為SW8、SW7、…SW1、(全部為不導(dǎo)通狀態(tài))，輸出電壓即調(diào)整為8V、7V、-V, (O)0亦即， 進行調(diào)整刻劃幅度為V的輸出電壓調(diào)整。另一方面，將平衡電路23作成相同，依序切換圖16的蓄電器件22中的開關(guān)時的輸出電壓表示于圖17。將各電容器的電壓設(shè)成V，則通過將開關(guān)切換為(全部為不導(dǎo)通狀態(tài))、SW”SW2、-SW4，輸出電壓即調(diào)整為(0)、2V、4V、"·8ν，此夕卜，通過切換為SW4、SW3、... SW1、(全部為不導(dǎo)通狀態(tài))，輸出電壓即調(diào)整為8V、6V、...2V、(O)0亦即，進行調(diào)整刻劃幅度為2V的輸出電壓調(diào)整。由于開關(guān)數(shù)量較少，故產(chǎn)生無法進行將各1個電容器的電壓作為單位的極細微的輸出電壓調(diào)整的問題。
本發(fā)明通過脈沖寬度調(diào)制控制(PWM控制)而解決該問題。亦即，本發(fā)明在圖2、 圖7、圖12、以及圖13中的任意一個蓄電器件中，即使和圖16的蓄電器件同樣地，各具備2 個串聯(lián)連接開關(guān)的電容器的構(gòu)成，亦能以對應(yīng)于1個電容器的電壓的刻劃幅度而調(diào)整時間平均值的實質(zhì)性的輸出電壓。于以圖2的蓄電器件中的開關(guān)數(shù)量為一半的構(gòu)成，亦即使用圖19所示的蓄電器件1的情形時為例，而說明該方法如下(使用圖7、圖12、以及圖13的蓄電器件時，亦可根據(jù)相同的原理而實施該方法)。在該方法中于屬于上述實施例1等所說明的動作的一部分的，在進行開關(guān)群4的開關(guān)切換和正反反相電路5的輸出端子的選擇所進行的輸出電壓調(diào)整后，至進行續(xù)接的輸出電壓調(diào)整為止的預(yù)定時間的前半段時間中，進行開關(guān)群4的高速切換。典型上以預(yù)定的時間間隔比而重復(fù)進行多次將全部的開關(guān)作成不導(dǎo)通狀態(tài)的動作、以及將通過輸出電壓調(diào)整而作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)予以再度作成導(dǎo)通狀態(tài)的動作。具體而言，在圖19的蓄電器件1中的開關(guān)群4中，將作成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)切換為 (全部為不導(dǎo)通狀態(tài))、SWi、SW2、…SW4、SW3、…SW1、(全部為不導(dǎo)通狀態(tài))，且輸出和圖17 相同的波形電壓時，在將SW1作成導(dǎo)通狀態(tài)后至將SW2作成導(dǎo)通狀態(tài)為止的時間(預(yù)定時間)的前半段時間中，進行將開關(guān)全部作成不導(dǎo)通狀態(tài)和將SW1作成導(dǎo)通狀態(tài)間的高速切換。若以相等的時間間隔進行各個切換動作，則上述預(yù)定時間的前半段的時間平均電壓成為V，另一方面則不進行高速切換，而上述預(yù)定時間的后半段的時間平均電壓成為2V。亦艮口，相較于不進行高速切換，則時間平均的實質(zhì)性的電壓的刻劃幅度形成1/2。同樣地，在將SW2作成導(dǎo)通狀態(tài)后至將SW3作成導(dǎo)通狀態(tài)為止的時間(預(yù)定時間) 的前半段時間中，進行將開關(guān)全部作成不導(dǎo)通狀態(tài)和將SW2作成導(dǎo)通狀態(tài)間的高速切換。若以1 3的時間間隔比進行各個切換動作，則上述預(yù)定時間的前半段的時間平均電壓成為 3V，另一方面則不進行高速切換，而上述預(yù)定時間的后半段的時間平均電壓成為4V。亦即， 相較于不伴隨高速切換的情形時，則時間平均的實質(zhì)性的輸出電壓的刻劃幅度形成1/2。即使在以下的開關(guān)切換時，亦可通過進行相同的高速切換而實質(zhì)地將電壓的刻劃幅度作成1/2的極細微的調(diào)整。使用該方法時的電壓的時間變化則如圖18。又，在上述高速切換中，各個切換動作的時間間隔比可任意設(shè)定。根據(jù)任意的比率而調(diào)整時間間隔，則可將實質(zhì)的刻劃幅度調(diào)整為1/2以外的任意的比率。此外，在將如上述的輸出電壓調(diào)整所選擇的開關(guān)作成導(dǎo)通狀態(tài)、以及將全部的開關(guān)作成不導(dǎo)通狀態(tài)間進行高速切換亦并非必須的條件。此因不限制2個而以任意的數(shù)量選擇任意的切換狀態(tài)，且分別任意地設(shè)定切換的時間間隔，據(jù)此而能將進行高速切換間的電壓時間平均值控制為期望的值之故。同樣地，將進行高速切換的時間作成預(yù)定時間的前半段亦并非必須的條件。(實施例6)在實施例1至實施例5中所使用的蓄電器件全部使用平衡電路而調(diào)整各電容器的電壓，亦即調(diào)整輸出電壓調(diào)整刻劃幅度的構(gòu)成。但，若連接定電壓直流電源于各個電容器，則不須使用平衡電路而能調(diào)整各電容器的電壓。圖20、以及圖21分別形成在圖2、以及圖7所示的本發(fā)明的蓄電器件1中，連接有定電壓直流電源觀于各個電容器以取代使用平衡電路2的構(gòu)成。
根據(jù)如此的蓄電器件1亦可根據(jù)和實施例1及2相同的原理而輸出任意的直流/ 交流電壓，此外，更能提供根據(jù)和實施例3及4相同的原理而再生剩余能量的手段，或者亦可將該蓄電器件1使用于實施例5的輸出電壓的更細微的調(diào)整。又，連接定電壓直流電源于各個電容器時，由于不須考量因各個電容器的放電而導(dǎo)致電壓下降的情形，故相較于實施例1和2，蓄電器件1的控制被單純化。(產(chǎn)業(yè)上的利用可能性)本發(fā)明的蓄電器件不使用DC-DC轉(zhuǎn)換器或反相器等而為低損失、低噪聲，此外，可輸出具有不論直流/交流的任意的波形形態(tài)的電壓。因此，可使用為通過電氣而動作的所有機器的高效率電源。此外，除了高效率之外，有鑒于所使用的主要的組件為單純的機構(gòu)的電容器且維護成本便宜的點，則可適用于太陽電池市場。(附記)在上述的實施形態(tài)中，如已敘述，本發(fā)明的蓄電器件1所使用的平衡電路2可使用由日本國發(fā)明專利申請案，特愿2007-49692(發(fā)明專利第4352183號)的公開發(fā)明專利公報的特開2008-219964所開示的蓄電單池(cell)模塊所構(gòu)成的電路。以下作為如此的電路的一例，說明在日本特開2008-219964的圖7所揭示的電路。圖22是表示日本特開2008-219964的圖7所揭示的電池電壓均等化電路的實施形態(tài)的電路圖。此使用蓄電電池的二次電池單元，由并聯(lián)連接3個串聯(lián)電路的2并聯(lián)-3并聯(lián)-2并聯(lián)的并聯(lián)段所構(gòu)成的3串聯(lián)構(gòu)成。BlA至B2A、BlB至B3B、B2C至B3C為電池，BlB 和B3B為容量為h的電池，其它的電池的容量為χ。Sal至&i6、Sbl至SM表示半導(dǎo)體開關(guān)。使用驅(qū)動器而交互將&系統(tǒng)和Sb系統(tǒng)所示的2系統(tǒng)的半導(dǎo)體開關(guān)作成導(dǎo)通狀態(tài)/不導(dǎo)通狀態(tài)，借此而在模塊中，切換并聯(lián)連接的電池組合，模塊內(nèi)的各電池于各個電池間互相進行充放電而使電池電壓達成均等化。又，使用驅(qū)動器的導(dǎo)通狀態(tài)/不導(dǎo)通狀態(tài)動作可于固定周期切換導(dǎo)通狀態(tài)/不導(dǎo)通狀態(tài)而動作，此外，亦可因應(yīng)于經(jīng)時變化或負荷變動等而改變該周期。圖23是表示M系統(tǒng)的開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)、Sb系統(tǒng)的開關(guān)為不導(dǎo)通狀態(tài)的電路圖。 在該狀態(tài)中，BlA和Β2Β和B3C、B2A和B3B、BlB和B2C分別并聯(lián)連接，構(gòu)成由2并聯(lián)_3并聯(lián)-2并聯(lián)的并聯(lián)段所構(gòu)成的3串聯(lián)構(gòu)成的模塊。在該連接狀態(tài)中，任意一項的并聯(lián)段的合成容量均等于3x。在并聯(lián)連接的電池間產(chǎn)生電壓不均的情形時，則于電池間互相進行充放電，且朝向解除電壓不均的情形的方向。圖M是表示Μ系統(tǒng)的開關(guān)為不導(dǎo)通狀態(tài)、Sb系統(tǒng)的開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)的電路圖。 在該狀態(tài)中，BlA和Β1Β、Β2Α和Β2Β和B2C、Β!3Β和B3C分別并聯(lián)連接，構(gòu)成由2并聯(lián)_3并聯(lián)-2并聯(lián)的并聯(lián)段所構(gòu)成的3串聯(lián)構(gòu)成的模塊。在該連接狀態(tài)中，任意一項的并聯(lián)段的合成容量均等于3χ。在并聯(lián)連接的電池間產(chǎn)生電壓不均的情形時，則于電池間互相進行充放電，且朝向解除電壓不均的情形的方向。通過重復(fù)上述的開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)/不導(dǎo)通狀態(tài)動作，則恒常地維持由2并聯(lián)-3 并聯(lián)-2并聯(lián)的并聯(lián)段所構(gòu)成的3串聯(lián)構(gòu)成，且任意一項的并聯(lián)段的合成容量均相等(3χ)， 而切換串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合，模塊內(nèi)的各電池經(jīng)由任意一個電池而并聯(lián)連接于全部的電池，并聯(lián)連接的電池間互相進行充放電，各電池的電壓達成均等化。又，圖22的電池電壓均等化電路為單一的例，亦可以4串聯(lián)構(gòu)成以上而構(gòu)成相同的平衡電路，且使用于本發(fā)明的蓄電器件1。
權(quán)利要求
1.一種蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上的含有1個以上的蓄電組件而成的蓄電模塊而構(gòu)成；平衡電路，其構(gòu)成為和所述蓄電模塊群電性連接，而調(diào)整施加于所述各個蓄電模塊的電壓；開關(guān)群，其含有2個以上的設(shè)置于連結(jié)所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1連接點的路徑中的開關(guān)而成；正反反相電路，其將所述第1連接點、以及和所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子電性連接的第2連接點作為輸入，而以將該第1連接點和第2連接點的各者與輸出端子中的任意一個連接的方式構(gòu)成；蓄電模塊電壓檢測手段，其以檢測所述蓄電模塊的電壓的方式構(gòu)成； 開關(guān)群控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過所述蓄電模塊電壓檢測手段所檢測的所述蓄電模塊的電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小，而將包含于所述開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；以及正反反相電路控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在所述正反反相電路中選擇連接于所述第1連接點和第2連接點的輸出端子，并構(gòu)成為因應(yīng)于作為所述目標的輸出電壓波形的大小和極性以及所述蓄電模塊的電壓，而進行所述開關(guān)群的開關(guān)切換以及連接于所述正反反相電路的所述第1和第2連接點的輸出端子的選擇，從而選擇因應(yīng)于存在于連結(jié)所述第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成的輸出電壓的大小，且選擇因應(yīng)于連接于該第1連接點和第2連接點的各者的輸出端子的輸出電壓的極性，并輸出具有作為該目標的輸出電壓波形的電壓。
2.一種蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的蓄電模塊而構(gòu)成； 平衡電路，其構(gòu)成為和所述蓄電模塊群電性連接，且調(diào)整施加于所述各個蓄電模塊的電壓；開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第 1連接點的路徑中的開關(guān)而成；以及正反反相電路，其將所述第1連接點、以及和所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子電性連接的第2連接點作為輸入，而以將該第1連接點和第2連接點的各者與輸出端子中的任意一個連接的方式構(gòu)成；并構(gòu)成為，通過所述開關(guān)群的開關(guān)切換，而因應(yīng)于存在于連結(jié)所述第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小，并通過所述正反反相電路，因應(yīng)于連接于該第1連接點和第2連接點的各者的輸出端子而選擇輸出電壓的極性。
3.一種蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的分別連接于直流電源的蓄電模塊而構(gòu)成；開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第 1連接點的路徑中的開關(guān)而成；以及正反反相電路，其將所述第1連接點、以及和所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子電性連接的第2連接點作為輸入，而以將該第1連接點和第2連接點的各者與輸出端子中的任意一個連接的方式構(gòu)成；并構(gòu)成為通過所述開關(guān)群的開關(guān)切換，而因應(yīng)于存在于連結(jié)所述第1連接點和第2連接點的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小，且通過所述正反反相電路，因應(yīng)于連接于該第1連接點和第2連接點的各者的輸出端子而選擇輸出電壓的極性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的蓄電器件，其特征在于進一步具備 電壓檢測手段，其以檢測所述蓄電模塊的電壓的方式構(gòu)成；開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過所述電壓檢測手段所檢測的所述蓄電模塊的電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小，將包含于所述開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；以及正反反相電路控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為所述目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在所述正反反相電路中選擇連接于所述第1連接點和第2連接點的輸出端子，并構(gòu)成為因應(yīng)于作為所述目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及所述蓄電模塊的電壓，而控制所述開關(guān)群和所述正反反相電路，從而輸出具有作為該目標的輸出電壓波形的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的蓄電器件，其特征在于進一步具備電壓檢測手段，其以檢測連接于所述輸出端子的負荷的電壓的方式構(gòu)成； 開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過所述電壓檢測手段所檢測的所述負荷電壓、 以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小，將包含于所述開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；以及正反反相電路控制手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為所述目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在所述正反反相電路中選擇連接于所述第1連接點和第2連接點的輸出端子，并構(gòu)成為因應(yīng)于作為所述目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及所述負荷電壓，而控制所述開關(guān)群和所述正反反相電路，從而輸出具有作為該目標的輸出電壓波形的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一權(quán)利要求所述的蓄電器件，其特征在于進一步具備 負荷電壓檢測手段，其以檢測連接于所述輸出端子的負荷的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第2手段，其構(gòu)成為根據(jù)作為所述目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓、以及通過所述負荷電壓檢測手段所檢測的該某個時刻的負荷電壓，將包含于所述開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)；并構(gòu)成為通過所述負荷、以及經(jīng)由根據(jù)所述開關(guān)群控制第2手段而設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)而和該負荷連接的所述蓄電模塊間的充放電，將所述負荷電壓調(diào)整為作為所述目標的輸出電壓波形的所述某個時刻的電壓。
7.一種使用權(quán)利要求2至6中任一權(quán)利要求所述的蓄電器件而輸出電壓的方法，其特征在于含有通過基準波形輸出手段而輸入基準波形信號的步驟；根據(jù)所述基準波形信號而決定作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小和極性的步驟；根據(jù)所述蓄電模塊的電壓和作為所述目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小， 將包含于所述開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)的步驟；以及根據(jù)作為所述目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的極性，在所述正反反相電路中將所述第1連接點和第2連接點的各者與所述輸出端子中的任意一個連接的步驟；并依每次經(jīng)過預(yù)定的時間間隔而選擇所述輸出電壓的大小和極性，從而將輸出電壓調(diào)整為作為所述目標的輸出電壓波形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于含有在所述開關(guān)群中，于所述預(yù)定的時間間隔內(nèi)實施1次以上的擇自全部的開關(guān)形成不導(dǎo)通的狀態(tài)、以及其中任意一個開關(guān)形成導(dǎo)通的所有狀態(tài)的2個以上的狀態(tài)間的切換，從而調(diào)整在所述預(yù)定的時間間隔內(nèi)的輸出電壓時間平均的步驟。
9.一種蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的蓄電模塊而構(gòu)成； 平衡電路，其構(gòu)成為和所述蓄電模塊群電性連接，且調(diào)整施加于所述各個蓄電模塊的電壓；第1開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1端子的路徑中的開關(guān)而成；以及第2開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第2端子的路徑中的開關(guān)而成，并構(gòu)成為通過所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)切換，因應(yīng)于存在于連結(jié)所述第1 端子和第2端子的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小和極性。
10.一種蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的分別連接于直流電源的蓄電模塊而構(gòu)成；第1開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1端子的路徑中的開關(guān)而成；以及第2開關(guān)群，其含有2個以上設(shè)置于連結(jié)所述串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第2端子的路徑中的開關(guān)而成，并構(gòu)成為通過所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)切換，因應(yīng)于存在于連結(jié)所述第1 端子和第2端子的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小和極性。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的蓄電器件，其特征在于進一步具備 電壓檢測手段，其以檢測所述蓄電模塊的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過所述電壓檢測手段所檢測的所述蓄電模塊的電壓、以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓，分別將包含于所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)，并構(gòu)成為因應(yīng)于作為所述目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及所述蓄電模塊的電壓，而控制所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群，從而輸出具有作為該目標的輸出電壓波形的電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的蓄電器件，其特征在于進一步具備 電壓檢測手段，其以檢測連接于該蓄電器件的負荷的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第1手段，其構(gòu)成為根據(jù)通過所述電壓檢測手段所檢測的所述負荷電壓、 以及作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓，分別將包含于所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)，并構(gòu)成為因應(yīng)于作為所述目標的輸出電壓波形的大小和極性、以及所述負荷電壓，而控制所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群，從而輸出具有作為該目標的輸出電壓波形的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一權(quán)利要求所述的蓄電器件，其特征在于進一步具備負荷電壓檢測手段，其以檢測連接于該蓄電器件的負荷的電壓的方式構(gòu)成；以及開關(guān)群控制第2手段，其構(gòu)成為因應(yīng)于作為所述目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓、以及通過所述負荷電壓檢測手段所檢測的該某個時刻的負荷電壓，分別將包含于所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)，并構(gòu)成為通過所述負荷、以及經(jīng)由根據(jù)所述開關(guān)群控制第2手段而設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)而和該負荷連接的所述蓄電模塊間的充放電，將所述負荷電壓調(diào)整為作為所述目標的輸出電壓波形的所述某個時刻的電壓。
14.一種使用權(quán)利要求9至13中任一權(quán)利要求所述的蓄電器件而輸出電壓的方法，其特征在于含有通過基準波形輸出手段而輸入基準波形信號的步驟；根據(jù)所述基準波形信號而決定作為目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小和極性的步驟；以及根據(jù)所述蓄電模塊的電壓和作為所述目標的輸出電壓波形的某個時刻的電壓的大小和極性，分別將包含于所述第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)中的任意一個設(shè)成導(dǎo)通狀態(tài)的步驟，并依每次經(jīng)過預(yù)定的時間間隔而選擇所述輸出電壓的大小和極性，從而將輸出電壓調(diào)整為作為所述目標的輸出電壓波形。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于含有在所述預(yù)定的時間間隔內(nèi)實施1次以上的擇自在所述第1或第2開關(guān)群中將全部的開關(guān)形成不導(dǎo)通的狀態(tài)、以及在該第1和第2開關(guān)群中分別將其中任意一個開關(guān)形成導(dǎo)通的所有狀態(tài)的2個以上的狀態(tài)間的切換，從而調(diào)整所述預(yù)定的時間間隔內(nèi)的輸出電壓時間平均的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至6、以及權(quán)利要求9至13中任一權(quán)利要求所述的蓄電器件，其特征在于，所述1個以上的蓄電組件中的至少一個是電容器或二次電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不使用DC-DC轉(zhuǎn)換器或反相器的低損失、低噪聲的可交流輸出的蓄電器件。本發(fā)明提供一蓄電器件，其特征在于具備蓄電模塊群，其串聯(lián)連接2個以上含有1個以上的蓄電組件而成的蓄電模塊而構(gòu)成；平衡電路，其和蓄電模塊群電性連接，而調(diào)整施加于各個蓄電模塊的電壓而構(gòu)成；第1開關(guān)群，其含有2個以上的設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第1端子的路徑中的開關(guān)而成；以及第2開關(guān)群，其含有2個以上的設(shè)置于連結(jié)串聯(lián)連接的蓄電模塊中的任意一個端子和第2端子的路徑中的開關(guān)而成，且構(gòu)成為通過第1開關(guān)群和第2開關(guān)群的開關(guān)切換，而因應(yīng)于存在于連結(jié)第1端子和第2端子的路徑中的蓄電組件構(gòu)成而選擇輸出電壓的大小和極性。
文檔編號H02J7/00GK102511121SQ201080039579
公開日2012年6月20日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者久木田明夫, 伊藤和重, 關(guān)戶謹, 鵜野將年 申請人:日本蓄電器工業(yè)株式會社, 獨立行政法人宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)