专利名称：可交流输出的蓄电器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电器件。更详细而言，本发明涉及不使用DC-DC转换器(converter) 或反相器(inverter)而可在低损失、低噪声(noise)下进行交流输出的蓄电器件。
背景技术：
以产生交流电压用的一电源例而言，有使用DC-DC转换器及反相器来变换电容器等蓄电器件所保持电压的方式者。
将如此的交流电源的一般性的电路构成表示于图1。该蓄电器件由蓄电手段-放电手段-DC/DC转换器-反相器所构成。
一般而言，通过电力而使某种电子机器动作时，必须在根据该器件的特性而决定的预定的动作电压范围内进行供电。其理由是电子机器类于因应于各个特性的预定的电压范围内进行动作，而在该动作电压范围外会有动作不稳定、或形成不动作的情形。因此，即使在上述交流电源中，为了将输出电压限定于固定范围内，主要也必须进行DC-DC转换器的控制。
(先前技术文献)
(专利文献)
专利文献1 日本特开2008-219964
专利文献2 日本特开平06-225462
专利文献3 日本特开昭M-U6931
专利文献4 美国发明专利第03100851号说明书
专利文献5 日本特开2007-166691
专利文献6 日本特开平07-115728
专利文献7 日本特开2002-345157发明内容
(发明欲解决的问题)
在此，特别是以蓄电手段而言，当因应于充放电状态而使用输出特性产生大的变化的电容器时，为了将该变动的输出电压变换成固定的动作范围内电压，必须以广泛的输入电压使DC-DC转换器动作。该情形时，会产生因为以广范围的输入电压使DC-DC转换器动作而导致损失增大的问题。此外，于使用使用有变压器或线圈的一般的DC-DC转换器时， 亦有包含线圈的电路尺寸变大的情形、或因铁心等构成构件而使整体变压器的重量变大等问题。
此外，于通过上述蓄电器件而输出交流时形成通过反相器而将DC-DC转换器的输出电压予以切换(switching)的情形，然而当来自DC-DC转换器的输出电压较高时，则会产生因切换高电压而导致噪声增大的问题。
因此，只要能提供尽量不使用DC-DC转换器或反相器而可作交流输出的蓄电器6件，则能达成改善效率、减低噪声、以及整体器件的小型化。(解决问题的手段)
为了解决上述课题，本发明提供一蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的蓄电模块而构成；平衡电路，其构成为和蓄电模块群电性连接，而调整施加于各个蓄电模块的电压；开关群，其含有2个以上设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1连接点的路径中的开关而成；正反反相电路，其将第1连接点、以及和串联连接的蓄电模块中的任意一个端子电性连接的第2连接点作为输入，而以将第1连接点和第2连接点的各者与输出端子中的任意一个连接的方式构成；蓄电模块电压检测手段，其以检测蓄电模块的电压的方式构成；开关群控制手段，其构成为根据通过蓄电模块电压检测手段所检测的蓄电模块的电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小，而将包含于开关群的开关中的任意一个设成导通状态；以及正反反相电路控制手段，其构成为根据作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在正反反相电路中选择连接于第1连接点和第2连接点的输出端子，并构成为因应于作为目标的输出电压波形的大小和极性以及蓄电模块的电压，而进行开关群的开关切换以及连接于正反反相电路的第1和第2连接点的输出端子的选择，从而选择因应于存在于连结第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成的输出电压的大小，且选择因应于连接于该第1连接点和第2连接点的各者的输出端子的输出电压的极性，并输出具有作为该目标的输出电压波形的电压。
上述蓄电器件以通过开关群的开关切换而选择输出电压的大小的方式构成，并不需要使用线圈或变压器的习知型的DC-DC转换器。来自具有通过开关切换而选择的期望的大小的蓄电模块群的电压于通过正反反相电路且因应于需求而接受极性(正负)的变换后，经由输出端子而输出。
此外，在上述蓄电器件中，由于通过平衡电路而调整各蓄电模块的电压，故能进行以此等经调整的电压为单位的输出电压调整。
在此，以蓄电组件而言，为使用电容器等电压变动较大的组件时，以通过蓄电模块电压检测手段监视产生变动的电压为佳。此由于在将作成导通状态的开关予以固定期间， 亦因放电而会使电容器电压下降，故为了取得动作范围内的输出而必须随时进行开关的切换。又，蓄电模块电压检测手段亦可为以测定电压而输出因应于测定电压的模拟/数字信号的方式构成的任意的机器。
因应于上述蓄电组件的电压变动、以及作为目标的电压的开关切换以通过开关群控制手段来进行为佳。当开关为使用MOSFET等半导体开关时，开关群控制手段亦可为由RF 振荡电路等所构成的任意的开关驱动器。
又，以上述开关驱动器的一例而言，其能使用以将通过蓄电模块电压检测手段所检测的蓄电模块的电压和目标波形电压作比较，在决定最佳的切换状态后，对开关群产生切换信号的方式而构成的可程序化开关驱动器。不过，开关群控制手段并非必须具备如此的构成，亦可通过任意的比较演算电路而进行如此的比较。同样地，上述构成的蓄电模块电压检测手段、以及开关群控制手段并不需要以个别的手段而构成，亦可使用含有此等功能的单一的机器。
如上所述，使用以将输出电压调整于某个时刻的目标电压的方式而构成的蓄电器件，于每个预定时间进行输出电压调整，借此即能形成不论直流/交流的任意的波形形态的电压输出。
此外，本发明提供一蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的蓄电模块而构成；平衡电路，其构成为和蓄电模块群电性连接，且调整施加于各个蓄电模块的电压；开关群，其含有2个以上设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1连接点的路径中的开关而成；以及正反反相电路，其将第1连接点、以及和所串联连接的蓄电模块中的任意一个端子电性连接的第2连接点作为输入，而以将第1连接点和第2连接点的各者与输出端子中的任意一个连接的方式构成； 并构成为通过开关群的开关切换而因应于存在于连结第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小，并通过正反反相电路，因应于连接于第1连接点和第2连接点的各者的输出端子而选择输出电压的极性。
以各控制手段而言，设成使用任意的外部机器，并于使用时通过适当地连接此等外部机器和上述蓄电器件，亦可达成本发明的目的。
此外，本发明提供一蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的分别连接于定电压直流电源的蓄电模块而构成；开关群，其含有2个以上设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1连接点的路径中的开关而成；以及正反反相电路，其将第1连接点、以及和串联连接的蓄电模块中的任意一个端子电性连接的第2连接点作为输入，而以将第1连接点和第2连接点的各者与输出端子中的任意一个连接的方式构成；并构成为通过开关群的开关切换，而因应于存在于连结第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小，并通过正反反相电路，因应于连接于第1连接点和第2连接点的各者的输出端子而选择输出电压的极性。
连接直流电源于各蓄电模块以取代使用平衡电路的构成。其中一例为只要将各个蓄电模块连接于定电压直流电源，则不须考量各个蓄电模块的电压下降情形，而能进行输出电压调整。
本发明的蓄电器件可构成为进一步具备电压检测手段，其以检测蓄电模块的电压的方式构成；开关群控制第1手段，其构成为根据通过电压检测手段所检测的蓄电模块的电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小，将包含于开关群的开关中的任意一个设成导通状态；以及正反反相电路控制手段，其构成为根据作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在正反反相电路中选择连接于第1连接点和第2连接点的输出端子，并因应于作为目标的输出电压波形的大小和极性、以及蓄电模块的电压，而控制开关群和正反反相电路，从而输出具有作为目标的输出电压波形的电压。
此外，本发明的蓄电器件可构成为进一步具备电压检测手段，其以检测连接于输出端子的负荷的电压的方式构成；开关群控制第1手段，其构成为根据通过电压检测手段所检测的负荷电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小，将包含于开关群的开关中的任意一个设成导通状态；以及正反反相电路控制手段，其构成为根据作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在正反反相电路中选择连接于第1连接点和第2连接点的输出端子，并因应于作为目标的输出电压波形的大小和极性、以及负荷电压而控制开关群和正反反相电路，从而输出具有作为目标的输出电压波形的电压。
可构成为不检测蓄电模块的电压而直接检测负荷电压，并根据该检测的负荷电压而调整输出电压。此由于在蓄电模块的电压和负荷电压间，因应于导通状态的开关的选择而成立特定的数学的关系，因此为了调整输出电压只要检测此等中的任意一个即足够之故。
本发明的蓄电器件可构成为进一步具备负荷电压检测手段，其以检测连接于输出端子的负荷的电压的方式构成；以及开关群控制第2手段，其构成为根据作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压、以及通过负荷电压检测手段所检测的某个时刻的负荷电压，将包含于开关群的开关中的任意一个作成导通状态；并通过负荷、以及经由根据开关群控制第2手段而作成导通状态的开关而和负荷连接的蓄电模块间的充放电，将负荷电压调整为作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压。
使用本发明的蓄电器件，例如将交流电压输出于含有如线圈或电容器的电抗组件的负荷时(或者，于负荷为具有无法忽视任何的电抗成分的程度时)，由于感应电动势的产生等因素而可能导致负荷电压和作为目标的电压值不一致的情形。特别是输出时间性变动较大的高频电压时，该种影响将会变大。或者，亦有由于负荷变动、残留电位等的影响而使负荷电压偏离输出电压目标值的情形。
根据上述构成，则经由负荷电压检测手段检测和该目标值不同的实际的负荷电压，将该负荷和蓄电模块作连接而予以充放电，借此而能直接调整负荷电压。此外，将负荷的剩余能量再生至蓄电模块，借此而亦能将蓄电模块的电压下降进行某种程度的补偿，此则有助于动作的稳定化。
本发明提供一使用上述蓄电器件而输出电压的方法，其特征在于含有通过基准波形输出手段而输入基准波形信号的步骤；根据基准波形信号而决定作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小和极性的步骤；根据蓄电模块的电压和作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小而使包含于开关群的开关中的任意一个设成导通状态的步骤；以及根据作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在正反反相电路中将第1连接点和第2连接点的各者与输出端子中的任意一个连接的步骤；并依每次经过预定的时间间隔而选择输出电压的大小和极性，从而将输出电压调整为作为目标的输出电压波形。
提供使用本发明的蓄电器件而输出期望的波形形态电压的具体的顺序的实施形态。
上述方法可含有在开关群中，能于预定的时间间隔内实施1次以上的择自全部的开关形成不导通的状态、以及其中任意一个开关形成导通的所有的状态的2个以上之状态间的切换，从而调整在预定的时间间隔内的输出电压时间平均的步骤。
根据上述构成，则通过在各预定的时间间隔的开关切换等动作而输出时间变动的电压时，在该预定的时间间隔中，进行不同的输出电压的多个状态间的开关切换，借此而能更细微地调整在该预定的时间间隔内的实质的(时间平均)电压。以一例而言，为在预定的时间内予以高速地切换全部的开关形成不导通的状态、以及整数个串联连接蓄电模块为有助于输出的状态，借此而能取得对应于半整数个的蓄电模块电压的输出电压。即使包含于蓄电器件的蓄电模块的数量较少时，亦可作成通过脉冲宽度调制(PWM)控制而进行输出电压的多阶段调整的构成。
此外，本发明提供一蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的蓄电模块而构成；平衡电路，其构成为和蓄电模块群电性连接，且调整施加于各个蓄电模块的电压；第1开关群，其含有2个以上设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1端子的路径中的开关而成；以及第2开关群，其含有2个以上设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第2端子的路径中的开关而成；并构成为以通过第1开关群和第2开关群的开关切换且因应于存在于连结第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小和极性。
不使用正反反相电路，通过第1开关群和第2开关群的开关切换而可进行输出电压的大小和极性的选择的构成。典型上适当地切换自第1开关群和第2开关群中的任意一个而选择高电位侧开关，或自其中的任意一个而选择低电位侧开关，据此即能进行极性的选择。
此外，本发明提供一蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的分别连接于定电压直流电源的蓄电模块而构成；第1开关群，其含有2个以上设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1端子的路径中的开关而成；以及第2开关群，其含有2个以上设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第2端子的路径中的开关而成；并构成为通过第1开关群和第2开关群的开关切换动作且因应于存在于连结第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小和极性。
将定电压直流电源连接于各蓄电模块以取代使用平衡电路的构成。
本发明的蓄电器件可构成为进一步具备电压检测手段，其以检测蓄电模块的电压的方式构成；以及开关群控制第1手段，其构成为根据通过电压检测手段所检测的蓄电模块的电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小，将包含于第1开关群和第2开关群的各个开关中的任意一个设成导通状态；并因应于作为目标的输出电压波形的大小和极性、以及蓄电模块的电压，而控制第1开关群和第2开关群，从而输出具有作为目标的输出电压波形的电压。
此外，本发明的蓄电器件可构成为进一步具备电压检测手段，其以检测连接于该蓄电器件的负荷的电压的方式构成；以及开关群控制第1手段，其构成为根据通过电压检测手段所检测的负荷电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压，分别将包含于第1开关群和第2开关群的开关中的任意一个设成导通状态；并因应于作为目标的输出电压波形的大小和极性、以及负荷电压而控制第1开关群和第2开关群，从而输出具有作为目标的输出电压波形的电压。
可为不须检测蓄电模块的电压而直接检测负荷电压，并根据该检测出的负荷电压而调整输出电压的构成。
本发明的蓄电器件可构成为进一步具备负荷电压检测手段，其以检测连接于该蓄电器件的负荷的电压的方式构成；以及开关群控制第2手段，其构成为因应于作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压、以及通过负荷电压检测手段所检测的某个时刻的负荷电压，分别将包含于第1开关群和第2开关群的开关中的任意一个设成导通状态；并通过负荷、以及经由根据开关群控制第2手段而作成导通状态的开关而和负荷连接的蓄电模块间的充放电，将负荷电压调整为作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压。
作成能进行起因于负荷的电抗成分等的负荷电压的偏离的补正、以及将剩余能量106/20 页再生至蓄电模块而补偿蓄电模块的电压下降的构成。
此外，本发明提供一使用上述蓄电器件而输出电压的方法，其特征在于含有通过基准波形输出手段而输入基准波形信号的步骤；根据基准波形信号而决定作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小和极性的步骤；以及根据蓄电模块的电压和作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小和极性，分别使包含于第1开关群和第2开关群的开关中的任意一个设成导通状态的步骤；并依每次经过预定的时间间隔而选择输出电压大小和极性，从而将输出电压调整为作为目标的输出电压波形。
提供使用本发明的蓄电器件而输出期望的波形形态电压的具体的顺序的实施形态。
上述方法可含有在预定的时间间隔内实施1次以上的择自于第1或第2开关群中将全部的开关形成不导通的状态、以及在第1或第2开关群中分别将其中任意一个开关形成导通的所有状态的2个以上的状态间的切换，从而调整在预定的时间间隔内的输出电压时间平均的步骤。
作成通过脉冲宽度调制控制而可进行输出电压的多阶段调整的构成。
又，蓄电组件其典型上虽为使用电容器或二次电池，但并不限定于此等，亦可使用任意的组件、模块、以及器件等而构成本发明的蓄电器件。
(发明的功效)
使用本发明的蓄电器件，即可不使用如DC-DC转换器的模块而能输出作为目标的波形的直流/交流电压。此外，在上述蓄电器件的一实施形态中，亦不需要反相器。
借此而实现能横跨广泛的输出强度范围，且能进行低损失、低噪声的直流/交流电压输出的蓄电器件。
此外，将来自伴随负荷变勋、残留电位、电磁感应等所产生的负荷的能量的逆流予以再生于蓄电模块，从而能达成更严密的负荷电压控制、以及能量消耗的高效率化。
图1是使用蓄电手段的习知的交流蓄电器件的电路图2是本发明第1实施形态的可交流输出的蓄电器件的电路图3是表示能作为平衡电路的一例使用的开关式电容器的电路图4是表示在图2的蓄电器件中，经由连接点A、B而输入于正反反相电路的一电压波形例的曲线图5是表示为了补偿蓄电模块的电压下降的影响而施行的开关切换的图6是表示通过图2的蓄电器件而施加于负荷的一电压波形例的曲线图7是本发明第2实施形态的可交流输出的蓄电器件的电路图是表示在图7的蓄电器件中，将第2开关群内的SWlb作成导通状态，且将在第1开关群内作成导通状态的开关于5113至5111+13中予以切换时的一输出电压波形例的曲线图8b是表示在图7的蓄电器件中，将第1开关群内的SWla作成导通状态，且将在第2开关群内作成导通状态的开关于SW^3至SWlrib中予以切换时的一输出电压波形例的曲线图；11
图9是表示通过图7的蓄电器件而施加于负荷的一电压波形例的曲线图10是用以说明输出电压产生时间变动时所产生的负荷电压的偏离状态的电路图11是表示输出电压产生时间变动时所产生的负荷电压的偏离状态的曲线图12是本发明第3实施形态的具备再生功能的蓄电器件的电路图13是本发明第4实施形态的具备再生功能的蓄电器件的电路图14是表示用以说明本发明第5实施形态的电压输出方法的一蓄电器件的电路图15是表示通过图14的蓄电器件而作成的一半波波形电压例的曲线图16是表示和图14的蓄电器件作比较而将开关数减为一半，且以蓄电组件单位将各开关间隔扩充至2倍的蓄电器件的电路图17是表示通过图16的蓄电器件而作成的一半波波形电压例的曲线图18是表示通过PWM控制图16的蓄电器件而作成的一半波波形电压例的曲线图19是表示能以少量的开关数进行极细微的输出电压调整用以实施本发明的方法所用的蓄电器件的电路图20是表示将定电压直流电源连接于各蓄电模块以取代平衡电路是本发明第6 实施形态的蓄电器件是电路图21是表示将定电压直流电源连接于各蓄电模块以取代平衡电路的本发明第6 实施形态的蓄电器件的电路图22是表示能作为平衡电路的一例而使用的电池(cell)电压均等化电路的实施形态的电路图23是图22的电路中，Sa系统的开关为导通状态，Sb系统的开关为不导通状态的电路图；以及
图M是图22的电路中，M系统的开关为不导通状态，Sb系统的开关为导通状态的电路图。
其中，附图标记说明如下
1蓄电器件
2平衡电路
3蓄电模块群
4开关群
5正反反相电路
6 负荷
7基准波形振荡电路
8电压检测电路
9比较演算电路
10开关控制电路
11正反反相控制电路
12第1开关群
13第2开关群
14负荷电压检测电路
15比较回馈电路
16再生开关控制电路
17蓄电器件
18平衡电路
19电容器群
20开关群
21负荷
22蓄电器件
23平衡电路
24电容器群
25-.26开关群
27负荷
28定电压直流电源。
具体实施方式
以下使用
本发明的蓄电器件、以及电压输出方法。但，本发明的蓄电器件的构成并不限定于各附图所显示的特定的具体构成，而能适当地在本发明的范围内作变更。例如，在以下说明中，各蓄电组件虽主要为说明电容器，但，亦可为二次电池等可充放电的任意组件、或由多个组件所构成的模块。各蓄电组件的容量亦可各自不同。关于各开关， 在以下说明中，虽以MOSFET等半导体开关作说明，但，亦可使用任意的电子开关或机械式开关。
(实施例1)
蓄电器件1的构成
图2是本发明第1实施形态的可交流输出的蓄电器件1的电路图。蓄电器件1由下列构件所构成平衡电路2 ；蓄电模块群3，其串联连接η个蓄电模块(以下称为电容器) C1至Cn而构成；开关群4，其由η个开关SW1至SWn所构成；以及正反反相电路5，其包含开关ISal、ISa2、ISbl、ISb2 ；且构成为以期望的大小、极性对负荷6施加电压。又，负荷6并不限定于电阻器，亦可使用通过电力而动作的任意的组件、模块、器件的任意的负荷。此外，图中的A和B对应于正反反相电路5的输入部的连接点。
平衡电路2可由例如专利文献1所揭示的蓄电模块所构成的电路，或者如图3所示的由电容器Csl至Cslri、以及开关A至An所构成的开关电容器系统而构成的电路。
以平衡电路2而言，当使用图3的开关电容器系统时，通过开关A至An的高速切换而使电容器Csl至Cslri和C1至Cn互相进行充放电，借此使各电容器所分担的电压达成均一的状态。
具体而言，当奇数编号的开关QpQyQn为导通状态时，由于电容器C1和Csl、C2和 Cs2,…以及Clri和Cslri分别并联连接的状态，故当并联连接的电容器间产生电压不均的情形时，则互相进行充放电，而朝向消除电压不均的方向。此外，另一方面，当偶数编号的开关Q2> Q4> Q2n为导通状态时，由于电容器C2和Csl, C3和Cs2,...以及Cn和Cslri分别并联连接的状态，故当并联连接的电容器间产生电压不均的情形时，则互相进行充放电，而朝向解除电压不均的方向。
因此，在将奇数编号的开关全部作成导通状态和将偶数编号的开关全部作成导通状态间重复进行切换动作，借此而由于各个电容器和其它的全部的电容器直接或间接地 (经由其它的电容器)互相进行充放电，因此，电容器Csl至Cslri和C1至Cn的电压达成均一化。
又，借平衡电路2而使电容器C1至Cn的电压达成均等化，就本发明的蓄电器件1 而言并非必须者。
亦即，如后所述，蓄电器件1的输出电压的大小，虽能以各电容器C1至Cn的电压作为单位而调整，但作为如此的调整单位的该各个蓄电组件电压并不须要全部相等，例如为了作成以2种电压单位而能调整输出电压，则能以将2种大小的电压施加于各个电容器的方式而构成平衡电路2。或者亦可将全部的电容器电压全部调整为不同的值。
以构成蓄电模块群3的各蓄电模块C1至Cn而言，亦可使用由2个以上的电容器或二次电池(或其它的任意的蓄电组件)所构成的蓄电模块以取代分别使用单独的电容器。 即使为串联/并联连接2个以上的电容器或二次电池的情形时，亦可通过适当地计算合成电容量而和电容器作同样地处理。
包含于开关群4的各个开关SW1至SWn配置于连结电容器C1至Cn中的任意一个端子和蓄电器件1内的连接点A的路径中。将开关SW1至SWn中的任意一个作成导通状态，借此而形成电气连接此等端子中的任意一个和连接点A，因此，连接点A和连接点B间对应于所选择的开关而施加合计电容器C1至Cn中任意一个以上的电压的电压。
正反反相电路5通过切换开关ISal、ISa2, ISbl, ISb2选择连接于连接点A和B的蓄电器件1的输出端子而构成。亦即，可因应于是否将开关isal、ISa2作成导通状态、或将开关Kbl、ISb2作成导通状态而选择施加于负荷6的电压的极性。又，使用如此的4个开关的构成为正反反相电路5的单一例子，而为了实施本发明的蓄电器件1，亦可使用能选择输出电压的极性的任意的电路。
此外，于图2的蓄电器件1具备基准波形振荡电路7、电压检测电路8、比较演算电路9、开关控制电路10、以及正反反相控制电路11。
基准波形振荡电路7输出表示蓄电器件1应输出的属于目标电压的输出电压波形的基准波形信号。典型上以输出自基准波形振荡电路7所输出的基准波形信号的瞬间电压的固定倍率的电压的方式，使蓄电器件1动作。
电压检测电路8以检测各电容器C1至Cn中的任意一个以上、或全部的电压的方式而构成。典型上通过将电压检测电路8连接于电容器C1至Cn而直接检测电容器C1至Cn的电压，且输出于比较演算电路9而构成。然而，亦可为例如将电压检测电路8连接于平衡电路内的任意的组件，并在检测该组件的电压后，根据该值而算出各电容器的电压等的构成。
又，如已叙述，电压检测电路8亦可直接检测负荷6的电压而非电容器的电压。此由于蓄电模块的电压和负荷电压间，因应于作成导通状态的开关的选择而成立特定的数学性关系，故为了调整输出电压而只要检测此等之中的任意一种电压即已充分之故。虽未图标，但该情形时，电压检测电路8连接于负荷6而非蓄电模块群3。
比较演算电路9将根据自基准波形振荡电路7所输出的基准波形信号的电压而决定(典型上对基准波形信号的电压乘以固定倍率的大小和极性的电压而决定)的目标电压和自电压检测电路8所输出的电容器电压作比较，且将信号输出于开关控制电路10而构成。
信号可为例如目标电压和电容器电压的单纯的比率，或者自开关控制电路10接收目前的开关切换状态的相关信息后，根据该切换状态、以及自电压检测电路8所接收的电容器电压值，在算出目前蓄电器件1所输出的电压的大小后，所通知目标电压和输出电压中的任意一项的信号。或者，亦可以根据该信息而决定应选择的开关切换状态，且将切换命令信号输出于开关控制电路10的方式而构成比较演算电路9。
开关控制电路10根据自比较演算电路9所接收的信号，将开关切换信号输出于开关群4而构成。
使用MOSFET等半导体开关作为开关SW1至SWn时，开关切换信号指例如由开关控制电路10内的RF振荡电路等所产生的RF信号。或者，使用机械式开关作为开关SW1至SWn 时等，能以因应于开关的具体性动作原理而发出适当的控制信号的方式，而适当地构成开关控制电路10。
正反反相控制电路11为了因应需求而变更输出电压的极性，以将控制信号发出于正反反相电路5的方式而构成。当正反反相电路5采用图2所示的开关的构成时，则正反反相控制电路11和开关控制电路同样地可作成任意的开关驱动器。但并不须限定于如此的构成，可使用因应于具体的正反反相电路5的构成而能控制其动作的任意的电路。又， 通知应输出电压的极性的信号可自比较演算电路9经由开关控制电路10而输入于正反反相控制电路11，或者，亦可自比较演算电路9直接输入于正反反相控制电路11。
使本发明的蓄电器件动作时，可通过使用上述电路群7至11而使动作中的控制达成自动化。不过，如此的电路群并非必须，和任意的外部机器连接、或经由任意的外部系统的控制下，即可使本发明的蓄电器件动作。
又，图2虽分别表示基准波形振荡电路7、电压检测电路8、比较演算电路9、开关控制电路10、以及正反反相控制电路11为个别的电路，但，亦可通过组合此等的全部功能的单一的电路而取代该等构件，或亦可将此等的功能分担于2个以上的任意数量的电路。
蓄电器件1的动作
继而说明蓄电器件1的动作。首先，在初始状态中，电容器C1至Cn分别通过预定的电压进行充电。如上所述，此等的电压虽可为相互不同，但以下将施加相等电压于全部的电容器作为一例。此外，开关SW1至SWn全部作成不导通状态，在正反反相电路5中，选择任意的切换状态。
比较演算电路9以可输入来自基准波形电路7和电压检测电路8的信号的状态下进行待机。以一例而言，比较演算电路9依每个通过构成该电路的演算器件(未图标)的时脉频率等所决定的预定的时间间隔，确认来自基准波形电路7和电压检测电路8的信号， 并于存在两个信号的情形时实施比较演算。
当输入来自基准波形电路7和电压检测电路8的信号于比较演算电路9时，比较演算电路9将自基准波形振荡电路7所输入的基准波形信号电压的瞬间值和自电压检测电路8所输入的电容器电压作比较。
例如，基准波形信号电压的瞬间值设为+50mV，电容器C1至Cn的电压设为IV。作为蓄电器件1的设定倍率值而设定成以基准波形的100倍进行输出(典型上自基准波形振荡电路7、或经由任意的外部接口而输入于比较演算电路9的设定信号。)时，比较演算电路9将属于基准波形信号电压瞬间值的100倍的5V和电容器电压的IV作比较后，将表示该比率的“5”和表示基准波形信号电压的极性的“ + ”的信号输出于开关控制电路10(或亦可将表示作为目标输出电压的“+5V”的信号直接输出)。
开关控制电路10因应输入的信号而选择应选择的开关群4的切换状态。输入有表示比率为“5”的信号时，由于作为目标的输出电压的大小必须选择电容器5个分的电压， 故对开关群4输出用以将开关SW5作成导通状态的开关切换信号(或者，亦可根据自比较演算电路9所接收的表示作为目标输出电压的“+5V”的信号、以及自电压检测电路8所接收的电容器电压，于开关控制电路10进行应将开关SW5作成导通状态用的判断，并接着输出开关切换信号的构成。)。
通过上述开关切换信号而使开关SW5作成导通状态，且在连接点A、B间施加电容器C1至C5的合计电压的5V的电压。
表示自比较演算电路9所输出的基准波形信号瞬间电压的极性，亦即目标电压的极性“ + ”的信号经由开关控制电路10(或直接)输入于正反反相控制电路11。在正反反相控制电路11中，对“+”信号已预先做好使开关ISal和ISa2对应的设定，对“-”信号已预先做好使开关1 和ISb2对应的设定(或订定相反的对应关系的设定)。因此，接收“+”信号的正反反相控制电路11对正反反相电路5输出用以使开关ISal和ISa2作成导通状态的控制信号。
通过上述控制信号在正反反相电路5中，使开关ISal和ISa2作成导通状态，且对负荷6施加属于目标输出电压的“+5V”的电压。
对应基准波形信号电压的某个时刻的瞬间值的输出电压调整动作如上述而进行。 主要为根据比较演算电路9所规定的时脉频率，依每个经过预定的时间间隔，因应于时时刻刻产生变化的目标输出电压的瞬间值，而通过上述调整动作调整输出电压。若使用蓄电器件1，则亦可因应于基准波形信号而输出直流/交流中的任意一个的电压。
又，并非仅限目标输出电压的瞬间值，在因电容器C1至C5的放电而使电容器电压下降时，亦能根据上述动作而进行适当的开关切换。
例如，在某个时刻中，自基准波形振荡电路7输入于比较演算电路9的信号，其作为基准波形信号电压的瞬间值和以前相同而以+50mV予以表示。另一方面，根据由电压检测电路8所输入的信号，电容器C1至Cn的电压分别设成0. 5V (通过持续施加电压于负荷6， 对应于在电容！C1至(6中，因放电而产生电压下降的情形。又，即使直接连接于负荷6的电容器仅为C1至C5，亦通过平衡电路2的动作在电容器C1至Cn中，产生相等的电压下降。)。
比较演算电路9将属于基准波形信号电压瞬间值的100倍的5V和电容器电压的 0. 5V作比较后，将表示该比率的“10”和表示目标电压的极性的“ + ”的信号输出于开关控制电路10。
开关控制电路10因应于输入的信号而选择应选择的开关群4的切换状态。输入比率表示“10”的信号时，由于作为输出电压的大小必须选择10个电容器分的电压，故对开关群4输出用以将开关SWltl (未图标)作成导通状态的开关切换信号。16
通过上述开关切换信号而使开关SWltl作成导通状态，且在连接点A、B间施加属于电容器C1至Cltl (未图标)的合计电压的5V的电压。
自比较演算电路9所输出的表示目标电压的极性的“ + ”的信号经由开关控制电路 10(或直接)输入于正反反相控制电路11。接收“+”信号的正反反相控制电路11对正反反相电路5输出用以将开关ISal和ISa2作成导通状态的控制信号。
根据上述控制信号，在正反反相电路5当中，使开关ISal和ISa2作成导通状态(已选择如此的状态时，则无须切换。)，对负荷6施加“+5V”的输出电压。
如此，通过电压检测电路8而持续监视电容器电压，借此即能防止因电容器的电压下降所导致的输出电压的混乱现象。
图4是表示在作为目标输出电压而输入正弦波时，横跨1周期而表示输出于连接点A、B间的电压的曲线图。实际的正弦波在1周期间于正和负间其极性虽产生变化，但由于开关群4的切换并未对应于极性变化，故于A、B间即经常输出相同极性的电压。该电压输入于正反反相电路，并于各时刻中，接受对应于目标输出电压的极性的变换。
又，在图4的曲线图中，输往A、B的输出电压并未作连续性的变化，而依每个固定时间间隔产生阶段状的变化。此如已述，蓄电器件1的输出电压的调整依每个预定的时间间隔进行之故。
在图4的例中，于基准波形信号的1周期间进行16次输出电压的调整。然而，通过将上述预定的时间间隔设定更短，即可取得更平滑的输出电压波形。
图5是表示为了补偿电容器的电压下降的影响而施行的开关切换的图。如已述， 通过持续施加电压于负荷6，而使各电容器C1至Cn放电，且使各个电压下降。因此，即使作为基准波形信号而输入振幅固定的正弦波时，为了输出对应于该固定振幅的大小的电压， 所必需的电容器的数量随着时间经过而增加。
图5中的实线所表示的曲线图表示横跨某半个周期，为了输出对应于基准波形信号的正弦波而作选择的开关的时间变化。另一方面，图5中的虚线表示横跨较上述的某半周期为时间上更后方的另外的半周期，为了输出对应于基准波形信号的正弦波而作选择的开关的时间变化。为了输出相同振幅的正弦波的相同相位的电压值，已知必须因应于时间经过而使更多的电容器有助于输出(又，在此相较于电容器的放电时间而使正弦波的周期假设为充分短的情形。如此的条件未成立时，图5中的曲线图即使在相同的半周内，亦因应于时间经过而修正为朝“右上方上升”的上升方向。)。
又，如组合任何的充电手段于平衡电路2的情形时、或如后述的实施例6所说明， 对电容器C1至Cn连接有定电压直流电源时，为了使电容器C1至C5的电压保持固定，则不需要因应于电压下降的上述开关的切换动作。
图6是表示作为基准波形信号而输入有正弦波时的来自蓄电器件1的输出电压的曲线图。该电压作为蓄电器件1的输出而施加于负荷6。如此的波形对应于在图4所示的电压在正反反相电路5中接受适当的极性变换而实现的交流电压。
(实施例2)
蓄电器件1的构成
图7是本发明第2实施形态的可交流输出的蓄电器件1的电路图。和图1的蓄电器件1不同，并不包含正反反相电路5、以及正反反相控制电路11，另一方面，开关群4由下列构件所构成第1开关群12，其由SWla至SWn+la所构成；以及第2开关群13，其由SWlb至 Sffn+lb所构成。
第1开关群12的各个开关SWla至SWn+la配置于连结电容器C1至Cn中的任意一个端子和蓄电器件1内的连接点A的路径中。第2开关群13的各个开关SW^3至SWlrib配置于连结电容器C1至Cn中的任意一个端子和蓄电器件1内的连接点B的路径中。又，由于图7 的蓄电器件1并不包含正反反相电路5，故于连接点A、B连接着负荷6。因此，以下将A、B 称为输出端子A、B。
根据图7的构成，则可不使用正反反相电路而变更输出电压的极性。其一例为第 1开关群12中的开关SW5a、以及第2开关群13中的开关SW2b形成导通的状态，虽施加相当于电容器c2、c3、c4的电压合计值的输出电压于负荷6，但为了变更该输出电压的极性，只要以使第1开关群12中的开关SW2a、以及第2开关群13中的开关SW5b形成导通的状态，而在各个开关群进行切换即可。
又，关于其它的要素和图2的蓄电器件相同，各个要素、电路、组件、以及模块并不限定于图标的具体构成，而可在本发明的范围内作适当的变更。
蓄电器件1的动作
继而说明图7的构成的蓄电器件1的动作。首先，在初始状态中，电容器C1至Cn 分别通过预定的电压进行充电。如上述，此等的电压虽可相互不同，但作为一例，在以下设为施加相等电压于全部的电容器。此外，开关SWla至SWn+la、以及开关SWlb至swn+lb的至少一方全部作成不导通状态，且自蓄电器件1未施加电压于负荷6。
比较演算电路9于可输入来自基准波形电路7和电压检测电路8的信号的状态下进行待机。以一例而言，比较演算电路9依每个通过构成该电路的演算器件(未图标)的时脉频率等所决定的预定的时间间隔，确认来自基准波形电路7和电压检测电路8的信号， 并于存在两个信号的情形时实施比较演算。
当输入来自基准波形电路7和电压检测电路8的信号于比较演算电路9时，比较演算电路9将自基准波形振荡电路7所输入的基准波形信号电压的瞬间值和自电压检测电路8所输入的电容器电压作比较。
例如，设成基准波形信号电压的瞬间值为+50mV，电容器C1至(；的电压分别为IV。 作为蓄电器件1的设定倍率值而设定成以基准波形的100倍进行输出(典型上为通过输入于经由任意的接口的比较演算电路9)时，比较演算电路9将属于基准波形信号电压瞬间值的100倍的5V和电容器电压的IV作比较后，将表示该比率的“5”和表示基准波形信号电压的极性的“ + ”的信号输出于开关控制电路10。
开关控制电路10因应于输入的信号而选择应选择的第1开关群12、以及第2开关群13的切换状态。输入有表示比率为“5”的信号时，由于作为输出电压的大小必须选择5 个电容器分的电压，故对例如第1开关群12为输出用以将开关SW6Jt成导通状态的信号、 对第2开关群13为输出用以将开关SWlb作成导通状态的信号、或者，对第1开关群12为输出用以将开关SWla作成导通状态的信号、对第2开关群13为输出用以将开关SW6b作成导通状态的信号。
要选择任意一种切换状态因应于由来自比较演算电路9的信号所指示的基准波形信号瞬间电压的极性，亦即因应于目标电压的极性而决定。以一例而言，极性为“ + ”时，在做成以自第1开关群12所选择之开关的指针数成为自第2开关群13所选择之开关的指针数以上的方式进行开关选择的设定(典型上为通过输入于经由任意的接口的开关控制电路10)时，用以使开关SW6a和SWlb作成导通状态的开关切换信号对第1开关群12和第2 开关群13输出。
或者，亦可于极性为“ + ”时预先决定将第2开关群中的SW^3作成导通状态，于极性为“-”时，预先决定将第1开关群中的SW1Jt成导通状态。亦即因应于极性而将电压的基准点予以固定的话，“ + ”时自第1开关群，“-”时自第2开关群选择适当的开关，借此即能进行对应于目标输出电压的大小的输出电压的调整。采取如此的构成时，在改变目标输出电压的极性的时序以外，由于可通过仅切换第1开关群或第2开关群中的任意一方而对应于目标输出电压变动，故更能减低因开关切换所产生的噪声情形。
如上述，通过第1开关群12和第2开关群13的适当切换，对负荷6施加属于目标输出电压的“+5V”的电压。
对应于基准波形信号电压的某个时刻的瞬间值的输出电压调整动作如上述而进行。主要为根据比较演算电路9所规定的时脉频率，依每个经过预定的时间间隔，因应于时时刻刻产生变化的目标输出电压的瞬间值，而通过上述调整动作而调整输出电压。若使用蓄电器件1，则亦可因应于基准波形信号而输出直流/交流中的任意一个的电压。
又，并非仅限于目标输出电压的瞬间值，于因电容器C1至C5的放电而使电容器电压下降时，亦和图2所示的蓄电器件同样地，可通过上述动作而进行适当的开关切换。
如上述，通过电压检测电路8而持续监视电容器电压，借此即能防止因电容器的电压下降所导致的输出电压的混乱现象。
图8a、图8b是表示在作为基准波形信号而输入有正弦波时，横跨自输出端子A、B 输出的电压的各半周期的曲线图。图8a表示最初的半周期，图8b表示续接的半周期。具体而言，其图标在最初的半周期将第2开关群13中的开关SW^3作成导通状态，且自第1开关群12配合正弦波形而适当地变更选择的开关，继而在续接的半周期中，将第1开关群12 中的开关SWla作成导通状态，且自第2开关群13配合正弦波形而适当地变更选择的开关而输出的电压。由于通过第1开关群12和第2开关群13的适当的切换而能对应于极性变化，故能不使用正反反相电路而能输出伴随极性变化的任意的波形的电压。又，图9是表示通过图7的蓄电器件1而横跨1周期输出伴随如此的极性变化的交流电压时的输出电压。
又，和第1实施形态相同地，来自输出端子A、B的输出电压并不作连续性的变化， 而依每个固定时间间隔进行阶段状的变化。此如已叙述，因为蓄电器件1的输出电压的调整依每个固定时间间隔进行之故。通过将预定的时间间隔设定为更短的状态，即可取得更平滑的输出电压波形。
此外，在图7的蓄电器件1中，通过持续施加电压于负荷6，而使各电容器C1至Cn 放电，且使各个电压下降。因此，即使作为基准波形信号而输入振幅固定的正弦波时，为了输出对应于该固定的振幅的大小的电压所必需的电容器的数量随着时间经过而增加。因此，以进行和第1实施形态相同的图5中所示的开关切换为佳。
但，如于平衡电路2组合任何的充电手段的情形时、或后述的实施例6所说明，对电容器C1至Cn而连接定电压直流电源时，为了使电容器C1至C5的电压保持固定，并不需要因应于电压下降的上述开关的切换动作。
(实施例3)蓄电器件1的构成图12是本发明第3实施形态的具备再生功能的蓄电器件1的电路图。相较于图2 的蓄电器件，其增加负荷电压检测电路14、比较回馈电路15、以及再生开关控制电路16而构成。使用图12的蓄电器件1，即使负荷电压偏离作为将基准波形信号电压乘以设定倍率值的电压的目标电压值的情形时，亦能修正其偏离状态，且对应于该偏离的电压而将负荷6的剩余能量再生于电容器，借此而能将电容器的电压下降作某种程度的补偿。蓄电器件1的动作在说明通过图12的蓄电器件1而实现的再生功能前，先使用图10和图11而说明有关于再生功能为必要的原因的负荷电压的偏离。图10是表示用以说明负荷电压的偏离的较佳的蓄电器件的一例。蓄电器件17由下列构件所构成平衡电路18 ；电容器群19，其由电容器C1至C8所构成；以及开关群20，其由开关SW1至518所构成，通过适当地切换作成导通状态的开关而能将取决于时间的电压输出于负荷21而构成。图11是表示通过此种蓄电器件17而产生输出时间变动的电压时，其偏离负荷电压的理想值的曲线图。在蓄电器件17中，通过依各预定时间将作成导通状态的开关切换为SW1, SW^ SW8，则电流自各电容器流通于负荷21，且负荷电压呈现阶段状上升。各段的宽度依分别对应于电容器C1至C8的电压。在此考量将SW8作成导通状态而施加最大电压于负荷21后，在续接的切换中，将作成导通状态的开关切换为SW7，Sff6,…SW1,借此而能以和上升时相对称的形态(pattern) 使负荷电压下降的情形。该情形时，若负荷21为理想的充分重的电阻器，则能以和图11的虚线所示的上升时相对称的阶段形态使负荷电压下降。但若负荷21为含有如线圈或电容器之类的电抗组件的构成时、或负荷21为较轻时、或负荷21为因其形状等而具有任何的电抗成分，且其电抗成分相较于电阻成分而为无法忽视的程度的大小时等，则如实线所示，负荷电压的下降形态偏离理想的图案。以一例而言，在负荷21内产生感应电动势而产生如此的偏离状态。使用图12的蓄电器件1，则能修正来自如此的电压变动的理想性形态的偏离。以该点作为目标而说明蓄电器件1的动作如下。除了与负荷电压变动的偏离的修正相关的动作之外，图12的蓄电器件1和图2所示的蓄电器件1相同的动作。亦即，于比较演算电路9进行自基准波形振荡电路7所输入的基准波形信号电压的瞬间值和自电压检测电路8所输入的电容器电压的比较，并因应于设定倍率值而决定应有助于往负荷的电压输出的电容器的数量，且通过将对应的开关切换信号输出于开关群4而选择输出电压的大小，此外，因应于自基准波形振荡电路7所输入的上述基准波形信号电压的瞬间值的极性(正负)而将控制信号输出于正反反相电路5，并选择施加于负荷的电压的极性。在此，作为图12的蓄电器件1所进行的新的动作，负荷电压检测电路14监视负荷6的电压，且将表示检测出的电压的信号输出于比较回馈电路15。此外，对比较回馈电路15自基准波形振荡电路7输入表示目标输出电压的信号。此等信号输出输入的时序可根据任何的外部机器而予以同步、或亦可作成负荷电压检测电路14和基准波形振荡电路7 依根据各别设定的时脉频率等所决定的预定的时间间隔，分别输出信号于比较回馈电路15 的构成。或者，对比较回馈电路15而自基准波形振荡电路7或构成蓄电器件1的其它的任意的模块输入分别表示基准波形信号电压瞬间值、以及上述设定倍率值的信号亦可。或者， 预先经由任意的外部接口而将如此的设定倍率值直接输入于比较回馈电路15而构成蓄电器件1亦可。比较回馈电路15使用通过来自负荷电压检测电路14的信号所通知的负荷电压、 以及通过来自基准波形振荡电路7的信号所通知的目标输出电压而算出距离负荷电压的目标输出电压的偏离状态。接着，举一例而言，为产生表示负荷电压和上述目标电压的差值的信号，并输出于再生开关控制电路16。或者，亦可为仅于和上述目标值的差值超过预定的容许界限值时，输出信号于再生开关控制电路16的构成。再生开关控制电路16响应于来自上述比较回馈电路15的信号，将开关切换信号输出于开关群4(自比较回馈电路15输入表示负荷电压和上述目标值的差值的信号时，以该值超过预定的容许界限值为条件，而输出该开关切换信号。)。在接收到切换信号的开关群4中，为了施加输出电压于负荷而作成导通状态的开关一旦被开放，则续接的重新择自开关群4的任意一个开关即形成导通状态。典型上在上述动作中，将开关SWJt成导通状态。据此而负荷6仅连接着电容器 C1，起因于两者的电位差而自负荷6将剩余能量再生于电容器Cp又，为了进行再生动作， 虽并非必须选择SW1,但在使和负荷6的电位差增大而使再生速度上升之点中，以通过选择 Sff1而使连接于负荷6的电容器数量达于最小状态为佳。剩余能量的再生在此例中指自负荷6放电至电容器C1，负荷6的电压下降而接近目标值，另一方面，电容器C1的电压则上升。又，由于电容器C1至Cn的电压恒常地通过平衡电路2而作调整，故于采用平衡电路2进行电压均等化的构成的一例中，充电至电容器C1的能量通过平衡电路2而分配于电容器C2至(；，因此，各电容器的电压即上升。据此即能延长蓄电器件1的可动作时间。在将开关SW1作成导通状态下而经过预定时间后，用以使开关SW1作成不导通状态，并再度将开关群4切换于进行再生的瞬前的切换状态的开关切换信号自开关控制电路 10输出于开关群4。上述预定时间经过的通知亦可由控制蓄电器件全部的动作时序的任何一个外部机器来进行，或亦可作成自再生开关控制电路16输出表示经过预定时间的信号于开关控制电路10的构成。或者，不将预定时间经过作为开关切换的条件，而在上述再生动作中亦随时进行负荷电压检测电路14进行的负荷电压的检测、以及比较回馈电路15的负荷电压和目标值的比较，并在负荷电压和目标值的差值低于预定的容许界限值的时点，控制信号自比较回馈电路15输出于开关控制电路10，且回复至再生动作前的切换状态的构成。以下的动作和图2的蓄电器件的动作相同。因应于来自基准波形振荡电路7和电压检测电路8的时时刻刻的输入而调整输出电压的大小和极性。在此，进行上述再生动作的时序可任意设定。例如，亦可作成以和进行因应于来自上述基准波形振荡电路7和电压检测电路8的输入的输出电压调整的上述预定的时间间隔
21相同的时间间隔，亦即伴随着每次的输出电压调整而进行再生动作的构成、或作成能以不同于上述的时间间隔而进行比较回馈电路15的比较动作的构成。(实施例4)又，上述再生动作的构成亦可安装于图7的蓄电器件。将该情形的蓄电器件的构成表示于图13。和图12的蓄电器件相同地，通过负荷电压检测电路14监视负荷6的电压，且在比较回馈电路15中将负荷电压和目标值作比较，且因应于比较结果而使开关群4暂时地切换于用以进行再生动作的开关切换状态。又，由于在图13的蓄电器件中，开关群4由第1开关群12和第2开关群13所构成，故实施再生动作时，分别自第1开关群12和第2开关群13选择应作成导通状态的开关。从再生速度的上升的观点而言，为了施加与负荷电压为极性相反且大的电压于负荷6，以分别进行开关选择为佳。但由于有大电流流入至电容器而导致电容器损伤的危险性、以及超过应修正的范围而丧失负荷6的能量的问题，故再生动作中，应采用的开关切换状态应因应于各组件的特性或目标输出电压的时间变动的大小等各项条件而随时设定。相关业者可根据本发明的说明而适当地进行如此的设定，此外，在本发明的范围包含如此的变化的全部。(实施例5)继而说明本发明第5实施形态的电压输出方法。本方法亦可使用图2、图7、图12、 以及图13中的任意一个蓄电器件而实施，其以较少的组件数量而极细微地调整所谓时间平均值的实质性的输出电压的方法。图14和图16为方便说明输出电压调整的调整刻划幅度的问题而表示蓄电器件 22的一例。各个蓄电器件22由平衡电路23、相同数量的电容器C1至C8所构成的电容器群 24、以及开关群25或沈所构成，通过适当地切换作成导通状态的开关而将依存于时间的电压输出于负荷27的构成。其中，开关群25为由8个开关SW1至SW8K构成，相对于此开关群沈由4个开关SW1至SW4所构成而不同。在图14的蓄电器件22中，亦可通过将开关SW1至SW8中的任意一个作成导通状态而以1个单位选择有助于输出电压的电容器的数量。另一方面，在图15的蓄电器件中，仅能以2个单位而进行有助于输出电压的电容器的数量选择。当平衡电路23为将各电容器电压达成均一化地构成时，依序切换图14的蓄电器件22中的开关时的输出电压表示于图15。将各电容器的电压设为V，则通过将开关切换为 (全部为不导通状态)、SWi、SW2、…SW8，输出电压即调整为(0)、V、2V、"·8ν，此外，通过切换为SW8、SW7、…SW1、(全部为不导通状态)，输出电压即调整为8V、7V、-V, (O)0亦即， 进行调整刻划幅度为V的输出电压调整。另一方面，将平衡电路23作成相同，依序切换图16的蓄电器件22中的开关时的输出电压表示于图17。将各电容器的电压设成V，则通过将开关切换为(全部为不导通状态)、SW”SW2、-SW4，输出电压即调整为(0)、2V、4V、"·8ν，此夕卜，通过切换为SW4、SW3、... SW1、(全部为不导通状态)，输出电压即调整为8V、6V、...2V、(O)0亦即，进行调整刻划幅度为2V的输出电压调整。由于开关数量较少，故产生无法进行将各1个电容器的电压作为单位的极细微的输出电压调整的问题。
本发明通过脉冲宽度调制控制(PWM控制)而解决该问题。亦即，本发明在图2、 图7、图12、以及图13中的任意一个蓄电器件中，即使和图16的蓄电器件同样地，各具备2 个串联连接开关的电容器的构成，亦能以对应于1个电容器的电压的刻划幅度而调整时间平均值的实质性的输出电压。于以图2的蓄电器件中的开关数量为一半的构成，亦即使用图19所示的蓄电器件1的情形时为例，而说明该方法如下(使用图7、图12、以及图13的蓄电器件时，亦可根据相同的原理而实施该方法)。在该方法中于属于上述实施例1等所说明的动作的一部分的，在进行开关群4的开关切换和正反反相电路5的输出端子的选择所进行的输出电压调整后，至进行续接的输出电压调整为止的预定时间的前半段时间中，进行开关群4的高速切换。典型上以预定的时间间隔比而重复进行多次将全部的开关作成不导通状态的动作、以及将通过输出电压调整而作成导通状态的开关予以再度作成导通状态的动作。具体而言，在图19的蓄电器件1中的开关群4中，将作成导通状态的开关切换为 (全部为不导通状态)、SWi、SW2、…SW4、SW3、…SW1、(全部为不导通状态)，且输出和图17 相同的波形电压时，在将SW1作成导通状态后至将SW2作成导通状态为止的时间(预定时间)的前半段时间中，进行将开关全部作成不导通状态和将SW1作成导通状态间的高速切换。若以相等的时间间隔进行各个切换动作，则上述预定时间的前半段的时间平均电压成为V，另一方面则不进行高速切换，而上述预定时间的后半段的时间平均电压成为2V。亦艮口，相较于不进行高速切换，则时间平均的实质性的电压的刻划幅度形成1/2。同样地，在将SW2作成导通状态后至将SW3作成导通状态为止的时间(预定时间) 的前半段时间中，进行将开关全部作成不导通状态和将SW2作成导通状态间的高速切换。若以1 3的时间间隔比进行各个切换动作，则上述预定时间的前半段的时间平均电压成为 3V，另一方面则不进行高速切换，而上述预定时间的后半段的时间平均电压成为4V。亦即， 相较于不伴随高速切换的情形时，则时间平均的实质性的输出电压的刻划幅度形成1/2。即使在以下的开关切换时，亦可通过进行相同的高速切换而实质地将电压的刻划幅度作成1/2的极细微的调整。使用该方法时的电压的时间变化则如图18。又，在上述高速切换中，各个切换动作的时间间隔比可任意设定。根据任意的比率而调整时间间隔，则可将实质的刻划幅度调整为1/2以外的任意的比率。此外，在将如上述的输出电压调整所选择的开关作成导通状态、以及将全部的开关作成不导通状态间进行高速切换亦并非必须的条件。此因不限制2个而以任意的数量选择任意的切换状态，且分别任意地设定切换的时间间隔，据此而能将进行高速切换间的电压时间平均值控制为期望的值之故。同样地，将进行高速切换的时间作成预定时间的前半段亦并非必须的条件。(实施例6)在实施例1至实施例5中所使用的蓄电器件全部使用平衡电路而调整各电容器的电压，亦即调整输出电压调整刻划幅度的构成。但，若连接定电压直流电源于各个电容器，则不须使用平衡电路而能调整各电容器的电压。图20、以及图21分别形成在图2、以及图7所示的本发明的蓄电器件1中，连接有定电压直流电源观于各个电容器以取代使用平衡电路2的构成。
根据如此的蓄电器件1亦可根据和实施例1及2相同的原理而输出任意的直流/ 交流电压，此外，更能提供根据和实施例3及4相同的原理而再生剩余能量的手段，或者亦可将该蓄电器件1使用于实施例5的输出电压的更细微的调整。又，连接定电压直流电源于各个电容器时，由于不须考量因各个电容器的放电而导致电压下降的情形，故相较于实施例1和2，蓄电器件1的控制被单纯化。(产业上的利用可能性)本发明的蓄电器件不使用DC-DC转换器或反相器等而为低损失、低噪声，此外，可输出具有不论直流/交流的任意的波形形态的电压。因此，可使用为通过电气而动作的所有机器的高效率电源。此外，除了高效率之外，有鉴于所使用的主要的组件为单纯的机构的电容器且维护成本便宜的点，则可适用于太阳电池市场。(附记)在上述的实施形态中，如已叙述，本发明的蓄电器件1所使用的平衡电路2可使用由日本国发明专利申请案，特愿2007-49692(发明专利第4352183号)的公开发明专利公报的特开2008-219964所开示的蓄电单池(cell)模块所构成的电路。以下作为如此的电路的一例，说明在日本特开2008-219964的图7所揭示的电路。图22是表示日本特开2008-219964的图7所揭示的电池电压均等化电路的实施形态的电路图。此使用蓄电电池的二次电池单元，由并联连接3个串联电路的2并联-3并联-2并联的并联段所构成的3串联构成。BlA至B2A、BlB至B3B、B2C至B3C为电池，BlB 和B3B为容量为h的电池，其它的电池的容量为χ。Sal至&i6、Sbl至SM表示半导体开关。使用驱动器而交互将&系统和Sb系统所示的2系统的半导体开关作成导通状态/不导通状态，借此而在模块中，切换并联连接的电池组合，模块内的各电池于各个电池间互相进行充放电而使电池电压达成均等化。又，使用驱动器的导通状态/不导通状态动作可于固定周期切换导通状态/不导通状态而动作，此外，亦可因应于经时变化或负荷变动等而改变该周期。图23是表示M系统的开关为导通状态、Sb系统的开关为不导通状态的电路图。 在该状态中，BlA和Β2Β和B3C、B2A和B3B、BlB和B2C分别并联连接，构成由2并联_3并联-2并联的并联段所构成的3串联构成的模块。在该连接状态中，任意一项的并联段的合成容量均等于3x。在并联连接的电池间产生电压不均的情形时，则于电池间互相进行充放电，且朝向解除电压不均的情形的方向。图M是表示Μ系统的开关为不导通状态、Sb系统的开关为导通状态的电路图。 在该状态中，BlA和Β1Β、Β2Α和Β2Β和B2C、Β!3Β和B3C分别并联连接，构成由2并联_3并联-2并联的并联段所构成的3串联构成的模块。在该连接状态中，任意一项的并联段的合成容量均等于3χ。在并联连接的电池间产生电压不均的情形时，则于电池间互相进行充放电，且朝向解除电压不均的情形的方向。通过重复上述的开关的导通状态/不导通状态动作，则恒常地维持由2并联-3 并联-2并联的并联段所构成的3串联构成，且任意一项的并联段的合成容量均相等(3χ)， 而切换串联和并联连接的组合，模块内的各电池经由任意一个电池而并联连接于全部的电池，并联连接的电池间互相进行充放电，各电池的电压达成均等化。又，图22的电池电压均等化电路为单一的例，亦可以4串联构成以上而构成相同的平衡电路，且使用于本发明的蓄电器件1。
权利要求
1.一种蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上的含有1个以上的蓄电组件而成的蓄电模块而构成；平衡电路，其构成为和所述蓄电模块群电性连接，而调整施加于所述各个蓄电模块的电压；开关群，其含有2个以上的设置于连结所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1连接点的路径中的开关而成；正反反相电路，其将所述第1连接点、以及和所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子电性连接的第2连接点作为输入，而以将该第1连接点和第2连接点的各者与输出端子中的任意一个连接的方式构成；蓄电模块电压检测手段，其以检测所述蓄电模块的电压的方式构成； 开关群控制手段，其构成为根据通过所述蓄电模块电压检测手段所检测的所述蓄电模块的电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小，而将包含于所述开关群的开关中的任意一个设成导通状态；以及正反反相电路控制手段，其构成为根据作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在所述正反反相电路中选择连接于所述第1连接点和第2连接点的输出端子，并构成为因应于作为所述目标的输出电压波形的大小和极性以及所述蓄电模块的电压，而进行所述开关群的开关切换以及连接于所述正反反相电路的所述第1和第2连接点的输出端子的选择，从而选择因应于存在于连结所述第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成的输出电压的大小，且选择因应于连接于该第1连接点和第2连接点的各者的输出端子的输出电压的极性，并输出具有作为该目标的输出电压波形的电压。
2.一种蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的蓄电模块而构成； 平衡电路，其构成为和所述蓄电模块群电性连接，且调整施加于所述各个蓄电模块的电压；开关群，其含有2个以上设置于连结所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第 1连接点的路径中的开关而成；以及正反反相电路，其将所述第1连接点、以及和所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子电性连接的第2连接点作为输入，而以将该第1连接点和第2连接点的各者与输出端子中的任意一个连接的方式构成；并构成为，通过所述开关群的开关切换，而因应于存在于连结所述第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小，并通过所述正反反相电路，因应于连接于该第1连接点和第2连接点的各者的输出端子而选择输出电压的极性。
3.一种蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的分别连接于直流电源的蓄电模块而构成；开关群，其含有2个以上设置于连结所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第 1连接点的路径中的开关而成；以及正反反相电路，其将所述第1连接点、以及和所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子电性连接的第2连接点作为输入，而以将该第1连接点和第2连接点的各者与输出端子中的任意一个连接的方式构成；并构成为通过所述开关群的开关切换，而因应于存在于连结所述第1连接点和第2连接点的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小，且通过所述正反反相电路，因应于连接于该第1连接点和第2连接点的各者的输出端子而选择输出电压的极性。
4.根据权利要求2或3所述的蓄电器件，其特征在于进一步具备 电压检测手段，其以检测所述蓄电模块的电压的方式构成；开关群控制第1手段，其构成为根据通过所述电压检测手段所检测的所述蓄电模块的电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小，将包含于所述开关群的开关中的任意一个设成导通状态；以及正反反相电路控制手段，其构成为根据作为所述目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在所述正反反相电路中选择连接于所述第1连接点和第2连接点的输出端子，并构成为因应于作为所述目标的输出电压波形的大小和极性、以及所述蓄电模块的电压，而控制所述开关群和所述正反反相电路，从而输出具有作为该目标的输出电压波形的电压。
5.根据权利要求2或3所述的蓄电器件，其特征在于进一步具备电压检测手段，其以检测连接于所述输出端子的负荷的电压的方式构成； 开关群控制第1手段，其构成为根据通过所述电压检测手段所检测的所述负荷电压、 以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小，将包含于所述开关群的开关中的任意一个设成导通状态；以及正反反相电路控制手段，其构成为根据作为所述目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在所述正反反相电路中选择连接于所述第1连接点和第2连接点的输出端子，并构成为因应于作为所述目标的输出电压波形的大小和极性、以及所述负荷电压，而控制所述开关群和所述正反反相电路，从而输出具有作为该目标的输出电压波形的电压。
6.根据权利要求2至5中任一权利要求所述的蓄电器件，其特征在于进一步具备 负荷电压检测手段，其以检测连接于所述输出端子的负荷的电压的方式构成；以及开关群控制第2手段，其构成为根据作为所述目标的输出电压波形的某个时刻的电压、以及通过所述负荷电压检测手段所检测的该某个时刻的负荷电压，将包含于所述开关群的开关中的任意一个设成导通状态；并构成为通过所述负荷、以及经由根据所述开关群控制第2手段而设成导通状态的开关而和该负荷连接的所述蓄电模块间的充放电，将所述负荷电压调整为作为所述目标的输出电压波形的所述某个时刻的电压。
7.一种使用权利要求2至6中任一权利要求所述的蓄电器件而输出电压的方法，其特征在于含有通过基准波形输出手段而输入基准波形信号的步骤；根据所述基准波形信号而决定作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小和极性的步骤；根据所述蓄电模块的电压和作为所述目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小， 将包含于所述开关群的开关中的任意一个设成导通状态的步骤；以及根据作为所述目标的输出电压波形的某个时刻的电压的极性，在所述正反反相电路中将所述第1连接点和第2连接点的各者与所述输出端子中的任意一个连接的步骤；并依每次经过预定的时间间隔而选择所述输出电压的大小和极性，从而将输出电压调整为作为所述目标的输出电压波形。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于含有在所述开关群中，于所述预定的时间间隔内实施1次以上的择自全部的开关形成不导通的状态、以及其中任意一个开关形成导通的所有状态的2个以上的状态间的切换，从而调整在所述预定的时间间隔内的输出电压时间平均的步骤。
9.一种蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的蓄电模块而构成； 平衡电路，其构成为和所述蓄电模块群电性连接，且调整施加于所述各个蓄电模块的电压；第1开关群，其含有2个以上设置于连结所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1端子的路径中的开关而成；以及第2开关群，其含有2个以上设置于连结所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第2端子的路径中的开关而成，并构成为通过所述第1开关群和第2开关群的开关切换，因应于存在于连结所述第1 端子和第2端子的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小和极性。
10.一种蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的分别连接于直流电源的蓄电模块而构成；第1开关群，其含有2个以上设置于连结所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1端子的路径中的开关而成；以及第2开关群，其含有2个以上设置于连结所述串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第2端子的路径中的开关而成，并构成为通过所述第1开关群和第2开关群的开关切换，因应于存在于连结所述第1 端子和第2端子的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小和极性。
11.根据权利要求9或10所述的蓄电器件，其特征在于进一步具备 电压检测手段，其以检测所述蓄电模块的电压的方式构成；以及开关群控制第1手段，其构成为根据通过所述电压检测手段所检测的所述蓄电模块的电压、以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压，分别将包含于所述第1开关群和第2开关群的开关中的任意一个设成导通状态，并构成为因应于作为所述目标的输出电压波形的大小和极性、以及所述蓄电模块的电压，而控制所述第1开关群和第2开关群，从而输出具有作为该目标的输出电压波形的电压。
12.根据权利要求9或10所述的蓄电器件，其特征在于进一步具备 电压检测手段，其以检测连接于该蓄电器件的负荷的电压的方式构成；以及开关群控制第1手段，其构成为根据通过所述电压检测手段所检测的所述负荷电压、 以及作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压，分别将包含于所述第1开关群和第2开关群的开关中的任意一个设成导通状态，并构成为因应于作为所述目标的输出电压波形的大小和极性、以及所述负荷电压，而控制所述第1开关群和第2开关群，从而输出具有作为该目标的输出电压波形的电压。
13.根据权利要求9至12中任一权利要求所述的蓄电器件，其特征在于进一步具备负荷电压检测手段，其以检测连接于该蓄电器件的负荷的电压的方式构成；以及开关群控制第2手段，其构成为因应于作为所述目标的输出电压波形的某个时刻的电压、以及通过所述负荷电压检测手段所检测的该某个时刻的负荷电压，分别将包含于所述第1开关群和第2开关群的开关中的任意一个设成导通状态，并构成为通过所述负荷、以及经由根据所述开关群控制第2手段而设成导通状态的开关而和该负荷连接的所述蓄电模块间的充放电，将所述负荷电压调整为作为所述目标的输出电压波形的所述某个时刻的电压。
14.一种使用权利要求9至13中任一权利要求所述的蓄电器件而输出电压的方法，其特征在于含有通过基准波形输出手段而输入基准波形信号的步骤；根据所述基准波形信号而决定作为目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小和极性的步骤；以及根据所述蓄电模块的电压和作为所述目标的输出电压波形的某个时刻的电压的大小和极性，分别将包含于所述第1开关群和第2开关群的开关中的任意一个设成导通状态的步骤，并依每次经过预定的时间间隔而选择所述输出电压的大小和极性，从而将输出电压调整为作为所述目标的输出电压波形。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于含有在所述预定的时间间隔内实施1次以上的择自在所述第1或第2开关群中将全部的开关形成不导通的状态、以及在该第1和第2开关群中分别将其中任意一个开关形成导通的所有状态的2个以上的状态间的切换，从而调整所述预定的时间间隔内的输出电压时间平均的步骤。
16.根据权利要求1至6、以及权利要求9至13中任一权利要求所述的蓄电器件，其特征在于，所述1个以上的蓄电组件中的至少一个是电容器或二次电池。
全文摘要
本发明提供一种不使用DC-DC转换器或反相器的低损失、低噪声的可交流输出的蓄电器件。本发明提供一蓄电器件，其特征在于具备蓄电模块群，其串联连接2个以上含有1个以上的蓄电组件而成的蓄电模块而构成；平衡电路，其和蓄电模块群电性连接，而调整施加于各个蓄电模块的电压而构成；第1开关群，其含有2个以上的设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第1端子的路径中的开关而成；以及第2开关群，其含有2个以上的设置于连结串联连接的蓄电模块中的任意一个端子和第2端子的路径中的开关而成，且构成为通过第1开关群和第2开关群的开关切换，而因应于存在于连结第1端子和第2端子的路径中的蓄电组件构成而选择输出电压的大小和极性。
文档编号H02J7/00GK102511121SQ201080039579
公开日2012年6月20日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年9月2日
发明者久木田明夫, 伊藤和重, 关户谨, 鹈野将年 申请人:日本蓄电器工业株式会社, 独立行政法人宇宙航空研究开发机构