(57)【要約】【課題】充放電挙動の異なる充放電の端子電圧変化の大きい電力貯蔵媒体と、充放電の端子電圧変化の小さい電力貯蔵媒体を並列接続したとき、各電力貯蔵媒体の特性の有効利用ができない。【解決手段】充放電の端子電圧変化の小さい電力貯蔵媒体と電源間にのみ充放電抑制部を設ける。充放電抑制部は、充電に対しては順方向に設けられるダイオードと充電抑制抵抗の直列回路と、この直列回路と並列に接続された放電抑制抵抗とスイッチ体の直列回路により構成する。並列接続された各電力貯蔵媒体の充電時にはスイッチ体を開放し、並列接続された各電力貯蔵媒体の放電時にはスイッチ体を閉路するよう制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電挙動の異なる充放電時の端子電圧の変化が小さい電力貯蔵媒体と端子電圧の変化が大きい電力貯蔵媒体を並列接続して構成した電力貯蔵装置において、
前記端子電圧の変化が小さい電力貯蔵媒体と電源間にのみ充放電抑制部を設け、この充放電抑制部を、充電に対しては順方向に設けられるダイオードと充電抑制抵抗の直列回路と、この直列回路と並列に接続された放電抑制抵抗とスイッチ体の直列回路により構成し、並列接続された各電力貯蔵媒体の充電時には前記スイッチ体を開放し、並列接続された各電力貯蔵媒体の放電時には前記スイッチ体を閉路するよう制御することを特徴とした電力貯蔵装置の充放電制御方法。
【請求項２】
前記充放電挙動の異なる電力貯蔵媒体として、電気二重層キャパシタと蓄電池を並列接続したことを特徴とした請求項1記載の電力貯蔵装置の充放電制御方法。
【請求項３】
前記電気二重層キャパシタの（内部抵抗×放電電流）が、前記蓄電池の（（内部抵抗＋放電抑制抵抗）×放電電流）より大きくなるようにしたことを特徴とした請求項２記載の電力貯蔵装置の充放電制御方法。
【請求項４】
前記電気二重層キャパシタと蓄電池の放電電流を監視し、一定電流以下となったときに前記スイッチ体を開路して電気二重層キャパシタ側のみでの放電を継続することを特徴とした請求項２又は３記載の電力貯蔵装置の充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵装置の充放電制御方法に係り、特に放電挙動の異なる異種電力貯蔵媒体を並列接続して構成した電力貯蔵装置の充放電制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵媒体として、例えば、電気二重層キャパシタと蓄電池を並列接続して電力貯蔵装置を構成した場合、両者は電荷の蓄積原理や蓄積容量などの相違によって充放電挙動（充放電による端子電圧の変化）が大きく異なる。すなわち、電気二重層キャパシタの充放電時における端子電圧は大きく変化するが、蓄電池の端子電圧変動は電気二重層キャパシタに比して小さい。このため、電気二重層キャパシタと蓄電池を並列接続して使用すると、充電時には蓄電池からの電荷によって電気二重層キャパシタへの充電動作が行われて電気二重層キャパシタは常に満充電状態となり、電気二重層キャパシタの特徴の一つである急速充電が実行されない。また、蓄電池から電気二重層キャパシタに急速充電を行うことで蓄電池の放電深度が大きくなり蓄電池の寿命が短くなる。
【０００３】
なお、異種電力貯蔵媒体を並列接続することについては、特許文献１が公開されている。この文献は、車両用電源装置の小型軽量化、及び長寿命化を図ることを目的として、電気二重層コンデンサの自己放電性に対し、この自己放電電流分の電流のみを補充する専用の鉛電池を設けたことが記載されている。
【特許文献１】特開平９−２４７８５０号の特に図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に代表されるように、長時間経過すると電気二重層キャパシタと鉛蓄電池の端子電圧が同一となる。この状態で充電した場合、電気二重層キャパシタと鉛蓄電池の端子電圧に差がないことから電気二重層キャパシタの充電電流を大きくすることができず、結局、電気二重層キャパシタの充電電流が低下し、蓄電池の充電電流が増加するため鉛蓄電池の寿命延長にはならない。また、電気二重層キャパシタと鉛蓄電池間に接続された抵抗Ｒ１と、この抵抗Ｒ１と並列に接続されたダイオード＋Ｒ２の並列接続のため、抵抗Ｒ１の抵抗値をダイオード＋Ｒ２の抵抗値より大きくしなければＲ１を経由して鉛蓄電池から電気二重層キャパシタに電流が流れてダイオードの効果が減少する。この現象を防止するために抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくするが、大きくすることから抵抗Ｒ１による損失が大きくなる。
【０００５】
上記のように電気二重層キャパシタと蓄電池を並列接続した場合、蓄電池の電圧変動幅が少ないことから、電気二重層キャパシタの充電時には電源と蓄電池の両方から充電が行われ、並列接続したことのメリットが少なくなる。そこで、従来では、電気二重層キャパシタと蓄電池の両方にそれぞれ昇降圧チョッパ回路を設け、各々を制御することで電気二重層キャパシタと蓄電池の特性を有効利用している。そのために２個の昇降圧チョッパ回路が必要となり、装置として高価になるとともに制御が複雑になる問題を有している。
【０００６】
本発明が目的とするとこは、充放電挙動の異なる異種電力貯蔵媒体を並列接続した電力貯蔵装置での充放電を可能とした充放電制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１は、充放電挙動の異なる充放電時の端子電圧の変化が小さい電力貯蔵媒体と端子電圧の変化が大きい電力貯蔵媒体を並列接続して構成した電力貯蔵装置において、
前記端子電圧の変化の小さい電力貯蔵媒体と電源間にのみ充放電抑制部を設け、この充放電抑制部を、充電に対しては順方向に設けられるダイオードと充電抑制抵抗の直列回路と、この直列回路と並列に接続された放電抑制抵抗とスイッチ体の直列回路により構成し、並列接続された各電力貯蔵媒体の充電時には前記スイッチ体を開放し、並列接続された各電力貯蔵媒体の放電時には前記スイッチ体を閉路するよう制御することを特徴としたものである。
【０００８】
本発明は、請求項１記載の充放電挙動の異なる電力貯蔵媒体として、電気二重層キャパシタと蓄電池を並列接続したことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明は、請求項２記載の電気二重層キャパシタの（内部抵抗×放電電流）が、蓄電池の（（内部抵抗＋放電抑制抵抗）×放電電流）より大きくなるようにしたことを特徴としたものである。
【００１０】
また、本発明は、電気二重層キャパシタと蓄電池の放電電流を監視し、一定電流以下となったときにスイッチ体を開路して電気二重層キャパシタ側のみでの放電を継続することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、本発明によれば、充放電時の端子電圧の変化が小さい電力貯蔵媒体と電源間にのみ充放電抑制部を設け、電力貯蔵媒体の充電時にはスイッチ体を開放し、放電時にはスイッチ体を閉路するよう制御することで端子電圧の変化が大きい電力貯蔵媒体で大電流充放電ができ、端子電圧の変化が小さい電力貯蔵媒体で長時間の充放電ができ、充放電挙動の異なる電力貯蔵媒体の特徴を有効利用できるものである。また、電力貯蔵媒体の充電時に、ダイオードより蓄電池のように充放電時の端子電圧の変化が小さい電力貯蔵媒体から電気二重層キャパシタのように端子電圧の変化が大きい電力貯蔵媒体への充電が阻止されると共に、ダイオードに直列に設けた抵抗により充電電流が抑制されるため、蓄電池寿命の長期化が図れるものである。
また、放電時には、並列接続された電力貯蔵媒体から放電されるが、蓄電池のように、充放電時の端子電圧の変化が小さい電力貯蔵媒体からは抵抗により放電電流が抑制されるため、過大な放電電流は防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１、及び図２は、本発明の実施例を示す電力貯蔵装置の等価回路で、図１は充電時の等価回路、図２は放電時の等価回路を示したものである。充放時に電圧変動幅を異にする異種電力貯蔵媒体としては、ここでは電気二重層キャパシタ２と鉛などの蓄電池３を用いた場合を示している。１は負荷へ電力を供給する電源、４は充放電抑制部で、この充放電抑制部４は、蓄電池３への充電に対しては順方向に設けられるダイオードＤと充電抑制抵抗Ｒ１の直列回路と、この直列回路と並列に接続された放電抑制抵抗Ｒ２とIGBT等よりなるスイッチ体ＳＷの直列回路によって構成される。なお、電源１におけるＶsは電源電圧、Ｒsは電源抵抗である。また、電気二重層キャパシタ２のＣcは電気二重層キャパシタの容量、Ｒcは電気二重層キャパシタ等価内部抵抗である。更に、蓄電池３のＥbは蓄電池容量、Ｒbは蓄電池等価内部抵抗である。
【００１３】
電源１の電圧が電気二重層キャパシタ２の端子電圧より高くなると電力貯蔵装置は充電モードとなる。この時、スイッチ体ＳＷは開放状態で、後述の通りに前回の放電時に電気二重層キャパシタ２の端子電圧より蓄電池３の端子電圧が高くなるように設計されている。これにより、蓄電池３への充電電流Ｉbは充電抑制抵抗Ｒ１により抑制されて蓄電池３を充電するが、電気二重層キャパシタ２への充電電流Ｉcは抑制されることなく、且つ蓄電池３の端子電圧より電気二重層キャパシタ２の端子電圧が低いので電気二重層キャパシタ２に短時間大電流の充電が行われる。
充電後は、蓄電池３から電気二重層キャパシタ２への充電電流はダイオードＤによりブロックされ、且つスイッチ体ＳＷは開路されていることにより流れない。
反対に電気二重層キャパシタ２から蓄電池３への充電電流は流れるので、電気二重層キャパシタ２の端子電圧は蓄電池３の端子電圧と等しくなる。
したがって、電気二重層キャパシタ２の定格電圧を蓄電池３の端子電圧より高くしておけば電気二重層キャパシタ２は常に満充電状態となることはなく、また、抑制抵抗Ｒ２の抵抗値を大きくしても充電時での電流損失は発生しない。
【００１４】
次に、電源１の端子電圧が電力貯蔵媒体の端子電圧より低下した場合には、電力貯蔵装置に蓄積されたエネルギーを放電する放電モードとなる。この場合、制御装置は電圧低下を検出してスイッチ体ＳＷを閉路状態にする。これにより、電気二重層キャパシタ２からの電流Ｉcは電流抑制されることなく電源側に流出するが、蓄電池３からの放電電流Ｉbは放電抑制抵抗Ｒ２によって抑制されながらスイッチ体ＳＷを通って放電する。すなわち、電気二重層キャパシタ２は大電流Ｉcによって充放電されるが、蓄電池３は長時間をかけて徐々に放電されて両電力貯蔵媒体の特徴が有効利用される。
【００１５】
前述のように、充電後は蓄電池３から電気二重層キャパシタ２への充電電流は流れない。
また、放電時の電気二重層キャパシタと蓄電池の端子電圧は、Ｖc＋Ｉc×Ｒc＝（Ｒb＋R２）×Ｉb＋Ｖbとなる。（ただし、Ｖcは電気二重層キャパシタ端子電圧、Ｖbは蓄電池の端子電圧）
このことから、次のことが可能となる。
＜放電電流が急激に停止した場合＞
放電電流が急激に停止した場合には、Ｉc＝Ｉb＝０となり、電気二重層キャパシタの端子電圧はＶc、蓄電池の端子電圧はＶbとなる。すなわち、Ｉc×Ｒcが（Ｒb＋R２）×Ｉbより大きくなるよう設計することにより、電気二重層キャパシタの端子電圧Ｖcを蓄電池の端子電圧Ｖbより低い値とすることができる。この端子電圧関係において、充電時にはスイッチ体ＳＷが開放されているため、放電終了後はＶc＜Ｖbの状態が維持され、次ぎの充電時には電気二重層キャパシタに大きな充電電流を流すことが可能となる。
＜放電電流がゆっくり減少した場合＞
放電電流ＩcとＩbがゆっくり減少することにより、電気二重層キャパシタの電圧Ｖcと蓄電池の電圧Ｖbは同電位となる。このため、放電電流を監視し、一定電流以下となったとき放電途中でスイッチ体ＳＷを開放し、電気二重層キャパシタのみでの放電を行うことでＶcがＶbより低くなるような制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示す充電時の等価回路図。
【図２】本発明の放電時の等価回路図。
【符号の説明】
【００１７】
１…  電源
２…  電気二重層キャパシタ
３…  蓄電池
４…  充放電抑制部
【図１】
2010041865.tif 000003
【図２】
2010041865.tif 000004