(57)【要約】  蓄電システムは、少なくとも２種類の蓄電器を備え、第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットとを、電流制御回路を介して電気的に接続する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の蓄電器を備え、第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットとを、電流制御回路を介して電気的に接続した蓄電システム。
【請求項２】
少なくとも３種類の蓄電器を備え、第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットとを第１の電流制御回路を介して、第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットと、第３の蓄電器によって構成した第３の蓄電ユニットとを第２の電流制御回路を介して、それぞれ電気的に接続した蓄電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蓄電システムにおいて、前記電流制御回路は電圧調整回路によって構成されており、前記電圧調整回路は、昇圧チョッパ，降圧チョッパ，昇降圧チョッパ，昇圧チョッパと降圧チョッパとを併用したもののいずれかによって構成されている蓄電システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の蓄電システムにおいて、前記電流制御回路は、インピーダンス調整回路によって構成されている蓄電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄電システムにおいて、前記インピーダンス調整回路はコイルである蓄電システム。
【請求項６】
蓄電システムであって、
第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、
前記第１の蓄電器とは種類が異なる第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットと、
前記第１の蓄電ユニットと前記第２の蓄電ユニットとの間に設けられ、前記第１の蓄電ユニットと前記第２の蓄電ユニットとを電気的に接続し、前記第１の蓄電ユニットと前記第2の蓄電ユニットの入出力電流量を制御する電流制御回路とを備え、
前記電流制御回路は、２つのスイッチ回路を有し、前記２つのスイッチ回路のオンオフを制御することにより、前記第１の蓄電ユニットと前記第2の蓄電ユニットの入出力電流量の比率を制御する蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野に関する背景技術として、特許文献１に開示された技術がある。【０００３】
特許文献１には、容量重視型電池と瞬発型電池の２種類を併用した蓄電システムが提案されている。ここで、容量重視型電池とは、電池に流せる電流は少ないものの容量が大きな電池を示す。一方、瞬発型電池とは、電池に流せる電流が大きいが容量は小さい電池を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００７−１２２８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地球温暖化は、全人類にとって重大な問題であり、世界各国で温暖化の進行を遅らせ、食い止めるために、運輸部門を中心とする省エネルギー化の推進や、ＣＯ2を排出しない新エネルギーの利用などが進められている。【０００６】
運輸部門における省エネルギー化の代表例としてはハイブリッドシステムがある。ハイブリッドシステムは、減速時にモータから回生電力を蓄電池に回収し、その電力を加速時に放出して駆動をアシストすることでエネルギーを効率よく使用するシステムである。この加減速時には急激な電流変化を伴うので、短時間で高出力な特性が求められる。また、蓄電池のエネルギー密度が高くなれば、設置面積の制約が小さくなり、車体の小型・軽量化につながる。このようなことから、蓄電池には瞬時の出力密度が高いこと及び容量密度が高いことが要求される。【０００７】
一方、新エネルギーの分野においても、畜電池が広く普及しようとしている。これは、風力発電や太陽光発電の発電出力が安定せず、これを解決するためには、蓄電システムをそれらの発電設備に併設し、電力系統に悪影響を及ぼさない電力変動まで平滑化し、系統への連系容量を増加させる必要があるからである。また、蓄電池の容量密度が高くなれば、設置面積の制約が小さくなり、発電設備への併設が容易になる。【０００８】
以上のことから、運輸部門における省エネルギー化においても、風力発電や太陽光等の新エネルギーの利用においても、短時間で高出力かつ容量密度が高い蓄電システムが求められている。【０００９】
短時間で高出力が出せかつ容量密度が高い蓄電システムを得るためには、例えば特許文献１に開示された蓄電システムのように、容量重視型電池と瞬発型電池でシステムを構築することが考えられる。【００１０】
ところが、容量重視型電池は、規定以上の電流が流れた場合、急速に劣化が進行する。このようなことから、容量重視型電池を用いる場合には、例えば容量重視型電池の充放電経路にスイッチを設け、容量重視型電池に規定以上の電流が流れないようにスイッチを制御する必要がある。このような方法では、容量重視型電池の使用を一義的制限することになるので、容量重視型電池がもつ高容量密度の特性が十分に生かされず、蓄電システムが瞬発力型電池のみで構成された場合に近くなると考えられる。この結果、瞬発型電池の数を多くしなければならず、その分、蓄電システムが大型化すると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の代表的な発明は、短時間で高出力かつ容量密度が高い蓄電システムの長寿命化を図ることを、解決すべき代表的な課題とする。【００１２】
上記蓄電システムを提供するにあたっては、システムを小型化できることが好ましい。【００１３】
本発明の第１の態様によると、蓄電システムは、少なくとも２種類の蓄電器を備え、第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットとを、電流制御回路を介して電気的に接続する。
本発明の第２の態様によると、蓄電システムは、少なくとも３種類の蓄電器を備え、第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットとを第１の電流制御回路を介して、第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットと、第３の蓄電器によって構成した第３の蓄電ユニットとを第２の電流制御回路を介して、それぞれ電気的に接続する。
本発明の第３の態様によると、第１又は第２の態様の蓄電システムにおいて、電流制御回路は電圧調整回路によって構成されており、電圧調整回路は、昇圧チョッパ，降圧チョッパ，昇降圧チョッパ，昇圧チョッパと降圧チョッパとを併用したもののいずれかによって構成されていることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第１又は第２の態様の蓄電システムにおいて、電流制御回路は、インピーダンス調整回路によって構成されていることが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第４の態様の蓄電システムにおいて、インピーダンス調整回路はコイルであることが好ましい。
本発明の第６の態様によると、蓄電システムは、第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、第１の蓄電器とは種類が異なる第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットと、第１の蓄電ユニットと第２の蓄電ユニットとの間に設けられ、第１の蓄電ユニットと第２の蓄電ユニットとを電気的に接続し、第１の蓄電ユニットと第2の蓄電ユニットの入出力電流量を制御する電流制御回路とを備え、電流制御回路は、２つのスイッチ回路を有し、２つのスイッチ回路のオンオフを制御することにより、第１の蓄電ユニットと第2の蓄電ユニットの入出力電流量の比率を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本願の代表的な発明によれば、容量重視型電池に流れる電流を抑制することができるので、電池システムの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態である電池システムの構成を示す回路図。
【図２】図１の電圧調整回路（スイッチ）の動作を示す波形図。
【図３】図１の２種の電池に流れる電流の時間変化を示す波形図。
【図４】図１の電圧調整回路の制御（スイッチのＤＵＴＹ比制御）前後の電流の時間変化を示す波形図。
【図５】図１のシステムにコンデンサを追加した電池システムの構成を示す回路図。
【図６】図５のコンデンサ追加前後の電流の時間変化を示す波形図。
【図７】図１の電圧調整回路とは異なる電圧調整回路を搭載した電池システムの構成を示す回路図。
【図８】電池システムの寿命評価に用いられる充放電パターンを示すパターン図。
【図９】電池システムの寿命評価結果であって、サイクル数に対する容量重視型電池の容積維持率の関係を示す関係図。
【図１０】図１の電圧調整回路とは異なる電圧調整回路を搭載した電池システムの構成を示す回路図。
【図１１】図１の電圧調整回路とは異なる電圧調整回路を搭載した電池システムの構成を示す回路図。
【図１２】図１の電圧調整回路とは異なる電圧調整回路を搭載した電池システムの構成を示す回路図。
【図１３】図１０の電圧調整回路（スイッチ）の動作を示す波形図。
【図１４】図１１の電圧調整回路（スイッチ）の動作を示す波形図。
【図１５】図１２の電圧調整回路（スイッチ）の動作を示す波形図。
【図１６】本発明の第２実施形態である電池システムの構成を示す回路図。
【図１７】図１６のインピーダンス調整回路導入前後の電流の時間変化を示す波形図。
【図１８】本発明の第３実施形態である電池システムの構成を示す回路図。
【図１９】本発明の第４実施形態であって、第１乃至第３実施形態のいずれかの電池システムを搭載したハイブリッド車両システムの構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
−実施形態１−
【００１７】
図１乃至図１５を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１８】
まず、図１を用いて、電池システムの構成について説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の電池システムの全体の構成を示す。
【００２０】
本実施形態の電池システムは、瞬発力型電池２と容量重視型電池１とを混載し、これらの電池を、電圧調整回路６を介して電気的に並列に接続している。ここで、１は容量重視型電池を、２は瞬発力型電池を、３０１はスイッチ１を、３０２はスイッチ２を、４はダイオードを、５はコイルを、６は電圧制限回路を、それぞれ示す。
【００２１】
尚、電池システムには、スイッチ３０１，３０２を制御するコントローラ１０１が設けられている。
【００２２】
また、本実施形態の電池システムでは、図１に示すように、電圧調整回路６として昇降圧チョッパを用いた場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
電圧調整回路６は、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、これに電気的に並列に接続された、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群との間に設けられている。容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側とを電気的に接続する経路にはスイッチ３０１及びスイッチ３０２が電気的に直列に接続されている。スイッチ３０１とスイッチ３０２との間と、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側とを電気的に接続する経路との間にはコイル５が電気的に接続されている。
【００２４】
本実施形態では、スイッチ３０１，３０２としてＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を使用した。通常ＭＯＳＦＥＴには寄生ダイオードが内蔵されている。従って、図１に示すダイオード４はＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとみなすことができる。一方、ＩＧＢＴなど寄生ダイオードを有しない場合には、別途、ダイオードを設置する必要がある。
【００２５】
また、本実施形態では、容量重視型電池１及び瞬発型電池２としてリチウムイオン二次電池を複数、電気的に直列に接続した組電池を採用している。具体的には、容量重視型電池には、正極にコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池を採用し、瞬発力型電池には、正極にオリビン酸鉄リチウムを用いたリチウムイオン二次電池を採用した。電池の組み合わせとしては、高容量であるが大電流が流せない電池であれば、正極にコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池に制限されず、条件を満たせばニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池を採用しても構わない。また、大電流が流せるが容量密度が小さな電池であれば、正極にオリビン酸鉄リチウムを用いるリチウムイオン二次電池に制限されることはない。容量重視型電池を複数用いて組んだ電池群、瞬発力型電池を複数用いて組んだ電池群はいずれも、同種の複数の電池を電気的に直列に接続したものとし、電池の充電状態（ＳＯＣ）が５０％の時に３００Ｖ程度となるようした。
【００２６】
ここで、以上のように構成された電池システムの、Ｘ点及びＹ点に負荷を電気的に接続して充放電を実施した場合を考える。
【００２７】
まず、電流が比較的小さい場合を考える。
【００２８】
容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の容量をＡ、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の容量をＢとする。また、スイッチ３０１，３０２の動作を図２に示す。図２において１はスイッチオン、０はスイッチオフであることをそれぞれ示す。なお、スイッチ３０１がオンのときはスイッチ３０２はオフに制御され、スイッチ３０１がオフのときはスイッチ３０２はオンに制御される。
【００２９】
ここで、スイッチのＤＵＴＹ比率をスイッチ３０１がオンする割合と定義すると、スイッチのＤＵＴＹ比率は、容量Ａと容量Ｂとの容量比（Ｂ／(Ａ＋Ｂ)）に相当する。このように、スイッチ３０１とスイッチ３０２のオンオフを制御することにより、容量重視型電池１と瞬発力型電池２に流れる電流の比率を調整することができる。
【００３０】
容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群に流れる電流変化を図３に示す。
【００３１】
図３に示すように、電流は、容量Ａと容量Ｂとの容量比（Ｂ／(Ａ＋Ｂ)）にしたがって均等に流れ、容量Ａと容量Ｂとを均等に使用できる。
【００３２】
次に、容量重視型電池１の受け入れ可能な電流以上の大きな電流が流れた場合を考える。
【００３３】
スイッチのＤＵＴＹ比の増加前後の電流変化を図４に示す。
【００３４】
図４に示すように、スイッチのＤＵＴＹ比を増加させると、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群流れる電流を減少できることが分かる。
【００３５】
このように、本実施形態では、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群との間に電圧調整回路６を設け、電圧調整回路６を構成するスイッチのＤＵＴＹ比を変化させているので、容量重視型電池１に規定値以上の大きな電流が流れることがない。すなわち電圧調整回路６は、容量重視型電池１に規定値以上の電流が流れることを抑制するための電流制御回路として機能している。しかも、このような回路を用いれば、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群を電気的に切り離すことがないので、容量重視型電池１の利用率を低下させることがない。従って、瞬発力型電池２の数を増やして容量を稼ぐ必要がなく、瞬発力型電池２の数の増加によるシステムの大型化を避けることができる。
【００３６】
ところで、図２に示すように、電流の変化はジグザグ形状である。そこで、本実施形態では、図１に示す回路にコンデンサ７を追加している。具体的には、図５に示すように、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側とを電気的に接続する経路と、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側とを電気的に接続する経路との間、かつ電圧調整回路６の、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群側にコンデンサ７を追加している。
【００３７】
コンデンサ７を追加前後での容量重視型電池に流れる電流変化を図６に示す。
【００３８】
図６に示すように、コンデンサ７を追加したことにより、電流の変化を示す波形のジグザグの度合が小さくなっていることが分かる。
【００３９】
尚、本実施形態では、電圧調整回路として、図１に示す昇降圧チョッパを採用したが、他の構成の昇降圧チョッパを採用しても構わない。
【００４０】
図７に、図１とは異なる昇降圧チョッパを用いた場合を示す。この場合でも、図１に示す回路と同様に、スイッチ３０１，３０２を操作することにより、流す電流が小さい場合は均等に、大電流を流す時は瞬発力型電池に電流を流すことができる。
【００４１】
尚、図７に示す例では、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群とが電気的に直列に接続され、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正負極に負荷が電気的に接続されるようになっている。また、スイッチ３０１，３０２は、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側との間に電気的に直列に接続されている。さらに、コイル５は、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側との間の電気的な接続点と、スイッチ３０１，３０２間の電気的な接続点との間に電気的に接続されている。
【００４２】
以上の結果から、電圧制御回路のスイッチのＤＵＴＹ比を変えることによって、電流が比較的小さい場合は容量比に従って充放電し、電流が大きい場合は瞬発力型電池に電流を流せることが分かる。
【００４３】
これらの知見をベースに、電池システムの寿命評価を実施した。
【００４４】
その時の充放電パターンを図８に、容量重視型電池１の容量維持率の変化を図９に、それぞれ示す。
【００４５】
容量重視型電池１が受け入れ可能な電流以上の大きな電流を短時間充放電した場合を１サイクルとした。
【００４６】
ここで、容量維持率とは初期の容量に対するサイクル試験後の容量の割合であり、この値が小さい程劣化が進行していることを示す。この結果から、電圧調整回路６を用いると容量重視電池の劣化が抑制できていることが分かる。
【００４７】
以上の結果から、電圧調整回路６を設け、スイッチにより電流を切り替えることにより容量重視型電池１の長寿命化が図れることが分かる。
【００４８】
尚、ここまでは、電圧調整回路６として昇降圧チョッパを例に挙げて説明したが、電圧調整回路６としては、昇圧チョッパ或いは降圧チョッパ若しくはそれらの併用を用いてもよい。
【００４９】
図１０に、電圧調整回路６として昇圧チョッパを用いた場合を示す。
【００５０】
尚、本実施形態では、電圧調整回路６として昇圧チョッパを採用したので、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧が、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧よりも低くなるように、それぞれの電池群の個数を調整している。
【００５１】
図１０に示すように、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側とを電気的に接続する経路に、スイッチ３０１とコイル５とを電気的に直列に接続している。スイッチ３０１とコイル５との間と、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側とを電気的に接続する経路との間にスイッチ３０２を電気的に接続した。
【００５２】
昇降圧チョッパを用いた時と同様に、電池システムに対して充放電させると、電流が比較的小さい場合には、両者の電池群の容量を均等に使用でき、容量重視型電池が受け入れる以上の大きな電流を流す場合には、容量重視型電池に流れる電流を減少できていることが分かった。
【００５３】
図１１に、電圧調整回路６として降圧チョッパを用いた場合を示す。
【００５４】
尚、本実施形態においては、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧が、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧よりも高くなるように、それぞれの電池群の個数を調整している。
【００５５】
図１１に示すように、本実施形態では、図１０に示す回路のスイッチ３０１とコイル５との位置が入れ替わった構成になっている。また、スイッチ３０１のダイオード４の向きも逆転している。
【００５６】
昇降圧チョッパを用いた時と同様に、電池システムに対して充放電させると、電流が比較的小さい場合には、両者の電池群の容量を均等に使用でき、容量重視型電池が受け入れる以上の大きな電流を流す場合には、容量重視型電池に流れる電流を減少できていることが分かった。
【００５７】
図１２に、電圧調整回路６として昇圧チョッパと降圧チョッパとの併用を用いた場合を示す。この図において、３０１はスイッチ１、３０２はスイッチ２、３０３はスイッチ３、３０４はスイッチ４である。
【００５８】
図１２に示すように、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の負極側との間が電気的に接続されている。容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側と負極側との間にはスイッチ３０３，３０４が電気的に直列に接続されている、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側と負極側との間にはスイッチ３０１，３０２が電気的に直列に接続されている。スイッチ３０１，３０２間とスイッチ３０３，３０４間との間にはコイル５が電気的に接続されている。
【００５９】
まず、昇圧チョッパの時のように、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧が、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧よりも常に低くなるように設定した場合を考える。この時のスイッチの動きを図１３に示す。この場合、スイッチ３０３を常にオン、スイッチ３０４を常にオフとし、スイッチ３０１とスイッチ３０２のみを切り替えることは電圧調整回路６を昇圧チョッパとして動作したことと同等となる。
【００６０】
また、降圧チョッパの時のように、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧が、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧よりも常に高くなるように設定した場合を考える。この時のスイッチの動きを図１４に示す。この場合は、スイッチ３０１を常にオン、スイッチ３０２を常にオフとしスイッチ３０３とスイッチ３０４のみを切り替えることは、電圧調整回路を降圧チョッパとして動作させたことと同等となる。
【００６１】
さらに、スイッチ３０１〜３０４において、スイッチ３０１，３０４が同じ動き、スイッチ３０２，３０３が反対の動きとなるように制御する。この切り替え方法を図１５に示す。この手法を採用すると、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧が、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電圧に関係なく、電圧調整回路６によって、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群、及び瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群に流れる電流を制御することができる。
−実施形態２−
【００６２】
本発明の第２実施形態を図１６及び図１７に基づいて説明する。
【００６３】
本実施形態では、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の正極側とを電気的に接続する経路に、インピーダンス調整回路であるコイル５を電気的に直列に接続している。インピーダンス調整回路は、容量重視型電池１に規定値以上の電流が流れることを抑制するための電流制御回路として機能している。
【００６４】
図１７に、インピーダンス調整回路導入前後における、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群及び瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群に流れる電流変化を示す。
【００６５】
図１７では、縦軸に容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群及び瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群に流れる電流を、横軸に電流の周波数を、それぞれとり、両者の関係を示している。
【００６６】
図１７に示すように、電流の周波数が大きくなる程、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電流が減少し、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群の電流が増加していることが分かる。この結果、瞬時の電流の変化は主に、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群に吸収されている、ということができる。
【００６７】
以上の結果から、インピーダンス制限回路を用いることにより、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群に瞬時に流れる電流を抑制できることが分かる。
−実施形態３−
【００６８】
本発明の第３実施形態を図１８に基づいて説明する。
【００６９】
本実施形態では、図１８に示すように、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群とを電気的に並列に接続した電池群に対して、電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群を、電気的に並列に接続している。容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群との間には電圧調整回路６０１を電気的に接続している。瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群との間には電圧調整回路６０２を電気的に接続している。電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群は、容量が小さいが、瞬時に受け入れる電流が大きいことである。尚、電圧調整回路６０１，６０２は、図１に示す昇降圧チョッパで構成されている。電圧調整回路６０１，６０２は、容量重視型電池１及び瞬発力型電池２に規定値以上の電流が流れることを抑制するための電流制御回路として機能している。
【００７０】
ここで、以上のように構成されたシステムに負荷が電気的に接続されて充放電を実施した場合を考える。
【００７１】
まず、電流が比較的小さい場合を考える。
【００７２】
電圧調整回路６０１，６０２それぞれのスイッチのＤＵＴＹ比率を調整して、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群、及び電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群のそれぞれの容量比に相当する比率にしたがって電流を流すことで、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群、及び電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群の容量を均等に使用することができる。
【００７３】
次に、容量重視型電池が受け入れ可能な電流以上の大きな電流が流れる場合を考える。
【００７４】
この場合、電圧調整回路６０１のスイッチのＤＵＴＹ比を増加させる。この結果、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群に流れる電流のみが減少し、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群、及び電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群に流れる電流が増加する。
【００７５】
次に、瞬発力型電池が受け入れ可能な電流以上の大きな電流が流れる場合を考える。
【００７６】
この場合、電圧調整回路６０２のスイッチのＤＵＴＹ比を調整する。その結果、電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群に流れる電流のみが増加し、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群、及び瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群に流れる電流が減少することが分かる。
【００７７】
以上の結果から、本実施形態では、低電流の場合には、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群、及び電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群のそれぞれに均等に、大電流を要求する場合には、電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群に多くの電流を流せることが分かる。
−実施形態４−
【００７８】
本発明の第４実施形態を図１９に基づいて説明する。
【００７９】
本実施形態では、実施形態１乃至３のシステムをハイブリッド車両の電源として適用している。
【００８０】
尚、以下に説明する構成は、ハイブリッド車両に限定されず、一般の電気自動車を始め、電気自動車以外の各種装置の電源にも応用することができる。この場合、ハイブリッド車両には自動車だけではなく、鉄道，バス等の車両が含まれることは言うまでもない。
【００８１】
図１９は、実施形態１乃至３のいずれかのシステムを駆動用電源として適用したハイブリッド車両の構成を示す。
【００８２】
本実施形態では、シリーズハイブリッド方式を用いたハイブリッド車両を例に挙げて説明する。ハイブリッド方式には、パラレル方式や、シリーズ方式とパラレル方式とを組み合わせた方式があるが、以下に説明する本実施形態の構成は、いずれの方式の電源にも適用することができる。
【００８３】
図１９に示すように、９はエンジンを、１０は発電機を、１１はコンバータを、１２はインバータを、１３は電池システムを、１４はモータを、１５は車軸を、それぞれ示す。図中、Ｘ点及びＹ点は実施形態１から３で示した電池システムのＸ店及びＹ点に相当する。シリーズハイブリッド方式では、エンジン９により発電機１０を駆動して電力を発生させ、コンバータ１１並びにインバータ１２を介してモータ１４に電力を供給する。電池システム１３はインバータに電力を供給する。モータ１４は、エンジン９から得た電力ならびに電池システム１３から得た電力を用いて、車軸１５に動力を伝達する。電池システム１３には、実施形態１乃至３のいずれかの電流制御回路が設けられている。
【００８４】
電池システム１３には、緩やかな加減速を実施する場合には低電流が、急激な加減速の場合には大電流が流れる。そこで、本実施形態では、実施形態１乃至３のいずれかの電流制御回路を用いて、電流が比較的小さい場合は、容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群との容量比、或いは容量重視型電池１を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群と、電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群との容量比にしたがって充放電し、電流が大きい場合は、瞬発力型電池２を電気的に直列に接続して組んだ電池群或いは電気２重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどの容量性の受動素子８を電気的に直列に接続して組んだ容量性素子群にのみ電流を流すことによって、効率的な運用をすることができる。
【００８５】
上記種々の実施形態によれば、容量重視型電池と瞬発力型電池とを混載し、容量重視型電池と瞬発力型電池との間を、介して電気的に並列に接続し、電流制御回路の作動を制御することによって、容量重視型電池に規定値以上の電流が流れることを抑制することができる。
【００８６】
電流制御回路としては、電圧調整回路を設けることが考えられる。２種類の電池間に電圧調整回路を設け、電圧調整回路が有するスイッチの切り替えを制御することにより、容量重視型電池及び瞬発力型電池に対して効率的に電流を流すことができる。電圧調整回路としては、昇圧チョッパ，降圧チョッパ，昇降圧チョッパのいずれを用いても構わない。また、昇圧チョッパや降圧チョッパを用いる場合には、容量重視型電池と瞬発力型電池との間に常にどちらかに対して電位差を生じていることが必要である。
【００８７】
また、電流制御回路としては、インピーダンス調整素子を設けることが考えられる。インピーダンス調整素子としてはコイルが望ましい。
【００８８】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【００８９】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１１年第１２３０３０号（２０１１年６月１日出願）
【図１】
2012165340.tif 000003
【図２】
2012165340.tif 000004
【図３】
2012165340.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2012165340.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2012165340.tif 000018
【図１７】
2012165340.tif 000019
【図１８】
2012165340.tif 000020
【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月28日(2013.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電システムであって、
第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、
前記第１の蓄電器とは種類が異なる第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットと、
前記第１の蓄電ユニットと前記第２の蓄電ユニットとの間に設けられ、前記第１の蓄電ユニットと前記第２の蓄電ユニットとを電気的に接続し、前記第１の蓄電ユニットと前記第2の蓄電ユニットの入出力電流量を制御する電流制御回路とを備え、
前記電流制御回路は、２つのスイッチ回路を有し、前記２つのスイッチ回路のオンオフを制御することにより、前記第１の蓄電ユニットと前記第2の蓄電ユニットの入出力電流量の比率を制御する蓄電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電システムにおいて、さらに
前記第１の蓄電器および第２の蓄電器とは種類が異なる第３の蓄電器によって構成した第３の蓄電ユニットと、
前記第２の蓄電ユニットと前記第３の蓄電ユニットとの間に設けられ、前記第２の蓄電ユニットと前記第３の蓄電ユニットとを電気的に接続し、前記第２の蓄電ユニットと前記第３の蓄電ユニットの入出力電流量を制御する第２の電流制御回路とを備えた蓄電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蓄電システムにおいて、前記電流制御回路は電圧調整回路によって構成されており、前記電圧調整回路は、昇圧チョッパ，降圧チョッパ，昇降圧チョッパ，昇圧チョッパと降圧チョッパとを併用したもののいずれかによって構成されている蓄電システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の蓄電システムにおいて、前記電流制御回路は、インピーダンス調整回路によって構成されている蓄電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄電システムにおいて、前記インピーダンス調整回路はコイルである蓄電システム。
【請求項６】
請求項２に記載の蓄電システムにおいて、前記第２の電流制御回路は電圧調整回路によって構成されており、前記電圧調整回路は、昇圧チョッパ，降圧チョッパ，昇降圧チョッパ，昇圧チョッパと降圧チョッパとを併用したもののいずれかによって構成されている蓄電システム。
【請求項７】
請求項２に記載の蓄電システムにおいて、前記第２の電流制御回路は、インピーダンス調整回路によって構成されている蓄電システム。
【請求項８】
請求項７に記載の蓄電システムにおいて、前記インピーダンス調整回路はコイルである蓄電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明によると、蓄電システムは、第１の蓄電器によって構成した第１の蓄電ユニットと、第１の蓄電器とは種類が異なる第２の蓄電器によって構成した第２の蓄電ユニットと、第１の蓄電ユニットと第２の蓄電ユニットとの間に設けられ、第１の蓄電ユニットと第２の蓄電ユニットとを電気的に接続し、第１の蓄電ユニットと第2の蓄電ユニットの入出力電流量を制御する電流制御回路とを備え、電流制御回路は、２つのスイッチ回路を有し、２つのスイッチ回路のオンオフを制御することにより、第１の蓄電ユニットと第2の蓄電ユニットの入出力電流量の比率を制御する。
【国際調査報告】
2012165340.tif 000022
2012165340.tif 000023