電気二重層コンデンサーの直列接続について

質問

耐圧を上げるために６個（同容量）の電気二重層コンデンサーを直列接続して、使用したいと考えております。

メーカーの仕様書を見ると、「コンデンサーを直列に接続するときは電圧バランスが崩れないように、漏れ電流を考慮した分圧抵抗器を各コンデンサーに並列に入れて下さい。」とありました。

説明書きを読むと、各コンデンサーの個々の誤差から一番小さい容量のモノに電圧が集中し、耐圧をオーバーしてパンクすることがあるとのこと。

使用するコンデンサーは下記の製品です。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05326/

使用の目的は、車載オーディオ(ヘッドユニット、アンプ類）の電源の安定化です。車両側の最大電圧は14.4V（オルタネーター発電時）です。耐圧３Ｖのコンデンサー６個を直列接続し、耐圧を１８Ｖにあげてカーバッテリー（鉛蓄電池）に並列接続しようと考えております。

この様な使用方法でも、バランス抵抗は必要でしょうか？（特に問題がなければ、手間やコストを考えると入れたくないのが本音です・・・。）

やはり入れなくてはマズイとのことであれば、コンデンサーに並列する抵抗値はどのように決めたらよいのでしょうか？メーカーが公表する計算式を見たのですが、ムズカシクてさっぱり判りません・・・。
↓
ニチコン株式会社 アルミニウム電解コンデンサーの概要
2-5 シリーズ結線におけるバランス抵抗の選定方法
http://www.nichicon.co.jp/lib/aluminum.pdf

使用状況やコンデンサーの漏れ電流で抵抗値は変わるかと思いますが、上記使用を目的とした際のおよその概算値で構いませんので、わかる方がいらっしゃいましたらご教授頂けないでしょうか？

なにぶん知識に乏しく、ご迷惑をお掛けしますが、何卒宜しくお願いいたします。

回答No.3

xpopo · ベストアンサー

早速ですが、電気二重層コンデンサーをカーバッテリーに並列に接続するのは
非常に危険です。
　エンジンのクランキング時にはセルモータの負荷でバッテリー電圧が急激に
低下します。そのようなバッテリー電圧の急激な低下が起きる時には並列に接続された
電気二重層コンデンサーの電荷がセルモータへ放電されます。セルモータの消費電流は
数十Aから100Aにも達する大電流ですがその電流を電気二重層コンデンサーから引き出して
しまいます。
　一方、電気二重層コンデンサーは６Aから45Aの範囲（コンデンサの型番によりこの
範囲になります。）に最大電流の規格が定められています。この電流を超える危険性が
あります。VEC3R0 506 QG　で45A　です。セルモータの電流がこの電流を超える場合は
コンデンサの最大保証電流を超えてしまうのでコンデンサが破壊してしまう可能性が
出てきます。
　これを防ぐには大容量のショットキーダイオードをバッテリーと電気二重層コンデンサー
間に挿入してコンデンサからバッテリーへ電流が逆流しないようにする必要があります。
この場合、車載オーディオの電源は電気二重層コンデンサーから取ります。

　次に、ご質問のリーク電流対策ですが、これはやらないと拙いです。やり方はNO.1の
方の提案されているツェナーダイオードを使う方法はリーク電流のばらつきを考えると
素晴らしい方法なんですが、車両側のオルタネータの電圧は必ずしも14.4Vではないの
が問題です。実際走行時には電装品から出るノイズがバッテリーに乗ってきますので
ツェナー電圧6本分の電圧、たとえば2.5V×6本=15Vを超えるようなノイズが発生する
とツェナーダイオードが破壊してしまいます。ツエナー電圧を3V以下で極力大きな値
の、たとえば　2.8V（この場合は2.8V×6=16.8V）のツェナーを選んでも16.8Vにしかなり
ません。この場合にはツェナーダイオードを選別して2.8Vのものを選び出す必要が
あります。
　このような電圧の問題を考えると、抵抗を並列につないでリーク電流を対策したほうが
良さそうです。リーク電流をIleakとした場合、並列に接続する抵抗Rpに流れる電流を
10倍程度にとればIleakが大きくばらついても最悪10%の電圧誤差（3Vに対して0.3V）
で収まります。mactec8587さんはどの型番のコンデンサを使われるのか書いて
ありませんのが、御使用の車載オーディオ装置の最大電流Ixより大きなMaxCurrentの
コンデンサを選ぶでしょう。たとえば、Ixが　26A　ならば、その値より大きなMaxCurrentの
コンデンサとしてVEC3R0 506 QG（MaxCurrent=45A）を選びます。この型番のコンデンサ
のリーク電流Ileakは0.126mAですので並列抵抗に流す電流Ixはこの10倍の1.26mAにします。
通常の車の走行状態でのバッテリー電圧は約13.8Vですので、並列抵抗Rpに加わる電圧
Vrpは　　Vrp = 13.8V/6 = 2.3V　になります。これから並列抵抗Rpは、

　　Rp = Vrp/Ix = 2.3V/1.26mA = 1.825kΩ　

と計算されます。入手可能なこの値に近い抵抗として　１．８ｋΩ　を使用します。

お礼

ご回答ありがとうございます。ご丁寧な回答を頂き、恐縮しきりです。分圧抵抗による電圧制御にて作ってみようと思います。誠にありがとうございました。他の方の意見も参考になりましたが、回路図まで載せて頂き判り易く説明いただけたxpopo様をベストアンサーに選ばせて頂きます。ありがとうございました。

回答No.2

se223

数ファラッドで同じような物が、車用に市販されています。それには３０Ａのヒューズがついています。必ずヒューズは付けてください。（市販品を探したほうがよいかとも思いますたしかバイク用で1万数千円くらいだったような）
セルを回した時の電流とか、バランスが崩れますしその崩れている時間で必ず劣化します。周囲温度も注意が必要で、自動車の検査規格を調べるとそこらへんに売っている部品は使えません。電圧も１４Ｖ前後かもしれませんが、ノイズもあります。通常コンデンサの耐圧余裕20%程度では危ないです。
オーディオへの電源供給にはまずノイズフィルターを入れたりシールドしたほうが良いかと思います。電源側での電圧変動は回路の中である程度吸収しますが、パルスがアンプに混入するほうを防ぐのが効果的かと思います。

くれぐれもヒューズは必ず付けてください。スーパーキャパシタを直列にし抵抗で電流バランスをとっても、鉛蓄電池とパラに付けるのは推奨したくないです。あと、つけた段階でいつもバッテリーを抵抗で放電している事になります。
ボンネットに電極がさわったとかでも火災になります。自己責任といっても被害が出ると大きいのでご注意ください。

お礼

ご回答ありがとうございます。バイク用のやつはデイトナ製のV-プロテクターのことですね♪最初はそれを買おうとも思いましたが、なんせ価格が高くて・・・。ご意見、ぜひ参考にさせて頂きます。ありがとうございました。

回答No.1

fjnobu

抵抗を並列に繋いで良いのですが、充電電圧の管理が難しいと思います。
あまり電気に詳しくない人が使う場合は、ゼナーダイオードを並列に入れるのが確実で簡単です。
最大電圧が３Ｖですから、２．５Ｖ～２．８Ｖ位のゼナーダイオード各コンデンサーに並列に入れると安全です。
充電電流を、ゼナーダイオードの最大電流にしておけば、ゼナーダイオードは壊れません。

お礼

ご回答ありがとうございます。ダイオードによる電圧制御ですね。参考にさせて頂きます。