(57)【要約】  二次電池と、電気二重層キャパシタと、を用いて、電流値が上下動を繰り返す入力電流により供給される電力を蓄積する場合に、充電効率を向上できる蓄電装置を提供する。  電流値が上下動を繰り返す入力電流により充電される蓄電装置であって、電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタに並列に接続された、二次電池を少なくとも一つ含んだ電池ユニットと、を含み、電池ユニットの内部抵抗に対する電気二重層キャパシタの内部抵抗の比が、入力電流に関するパラメタに応じて定められる蓄電装置である。
2009128482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流値が上下動を繰り返す入力電流により充電される蓄電装置であって、
電気二重層キャパシタを少なくとも一つ含んだ電気二重層キャパシタユニットと、
前記電気二重層キャパシタユニットに並列に接続された、二次電池を少なくとも一つ含んだ電池ユニットと、
を含み、
前記電池ユニットの内部抵抗に対する前記電気二重層キャパシタユニットの内部抵抗の比が、前記入力電流に関するパラメタに応じて定められる
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
請求項１記載の蓄電装置において、
前記入力電流に関するパラメタは、前記入力電流の時間変化に関するパラメタを含む
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
請求項２記載の蓄電装置において、
前記入力電流の時間変化に関するパラメタは、前記電流値の一回の上下動において、所定の閾値以上の電流が流れる時間を含む
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項４】
請求項２記載の蓄電装置において、
前記入力電流の時間変化に関するパラメタは、前記電流値の一回の上下動において、所定の閾値未満の電流が流れる時間を含む
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項記載の蓄電装置において、
前記内部抵抗の比は、当該内部抵抗の比と、前記電池ユニットの蓄電電力量に対する前記電気二重層キャパシタユニットの蓄電電力量の比と、の積の値が、前記入力電流に関するパラメタに応じた値になるよう定められる
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項６】
請求項５記載の蓄電装置において、
前記積の値が、０．０１８以上０．０３６以下である
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項７】
請求項６記載の蓄電装置において、
前記積の値が、０．０２５以上０．０３０以下である
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項８】
電流値が上下動を繰り返す入力電流により充電される蓄電装置であって、
電気二重層キャパシタを少なくとも一つ含んだ電気二重層キャパシタユニットと、
前記電気二重層キャパシタユニットに並列に接続された、二次電池を少なくとも一つ含んだ電池ユニットと、
を含み、
前記電池ユニットの内部抵抗に対する前記電気二重層キャパシタユニットの内部抵抗の比と、前記電池ユニットの蓄電電力量に対する前記電気二重層キャパシタユニットの蓄電電力量の比と、の積の値が、０．０１８以上０．０３６以下である
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項９】
請求項８記載の蓄電装置において、
前記積の値が、０．０２５以上０．０３０以下である
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項１０】
互いに直列に接続された複数の電気二重層キャパシタと、
過充電時に正極から発生する酸素を負極で還元する密閉型の二次電池を少なくとも一つ含んだ電池ユニットであって、前記複数の電気二重層キャパシタのそれぞれに対して並列に接続された複数の電池ユニットと、
を含み、
前記各電気二重層キャパシタの定格電圧が、当該電気二重層キャパシタに対して並列に接続された前記電池ユニットの過充電時における電圧以上である
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項１１】
請求項１記載の蓄電装置において、
前記電池ユニットのそれぞれは、前記二次電池が複数個直列に接続されてなる
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項１２】
請求項１記載の蓄電装置において、
前記二次電池は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、又は制御弁式鉛−酸電池のいずれかである
ことを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタと二次電池とを組み合わせた蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー対策の一環として、例えば風力や波力などの自然エネルギーを活用した発電システムが注目されている。また、自動車、鉄道、建設機械などの移動体の駆動により得られる回生電力の回収システムの開発も進められている。これらのシステムによって得られた電気エネルギーを有効に利用するためには、電気エネルギーを貯蔵しておくための蓄電装置が必要となる。このような目的のために、二次電池や電気二重層キャパシタなどを用いた各種の蓄電装置が提案されている。例えば特許文献１では、リチウム二次電池に対して電気二重層キャパシタを並列接続した蓄電装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４６０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したような自然エネルギーによる発電システムや回生電力の回収システムから供給される電力は、長時間にわたって安定して供給されるのではなく、その電流値が上下動を繰り返すような電流により蓄電装置に入力される場合がある。このような入力電流により供給される電力を、二次電池を含んだ蓄電装置に蓄積する場合、入力電流に対する二次電池の反応速度などの問題から、特に短時間に電流値の大きな電流が入力されるタイミングなどにおいて、供給される電力を十分効率よく蓄積できないことがある。この点、電気二重層キャパシタは二次電池と比較して内部抵抗が小さく、入出力特性が高いので、電気二重層キャパシタを二次電池と並列に接続することで、蓄電装置全体の充電効率を改善できる可能性がある。しかしながら、これまで、充電効率向上の観点からは、電気二重層キャパシタと二次電池との組み合わせについて十分に検討されてはいなかった。【０００５】
また、電気二重層キャパシタを含んだ蓄電装置に電力を蓄積する場合において、単体の電気二重層キャパシタに印加できる電圧が蓄電装置全体として要求される出力電圧に満たないときには、複数の電気二重層キャパシタを直列に接続した電気二重層キャパシタモジュールを用いることがある。このような電気二重層キャパシタモジュールを蓄電装置の一部として用いる場合、一般的に、充放電の際に各電気二重層キャパシタの電圧が均一になるよう制御する必要がある。このような制御を実行しなければ、各電気二重層キャパシタの個体差や使用環境などの要因で、それぞれの電圧にばらつきが生じてしまい、特定の電気二重層キャパシタに他の電気二重層キャパシタより高い電圧が印加されてしまうからである。電気二重層キャパシタに許容値を超えて高い電圧が印加されると、寿命を早めてしまうなどの問題が生じる。そこで、通常、各電気二重層キャパシタの電圧を均等化するための均等化回路が電気二重層キャパシタモジュールに対して接続される。このような均等化回路は、蓄電装置の製造コスト増加の原因や、蓄電装置の小型化を阻害する要因となりうる。【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、二次電池と、電気二重層キャパシタと、を用いて、電流値が上下動を繰り返す入力電流により供給される電力を蓄積する場合に、充電効率を向上できる蓄電装置を提供することにある。【０００７】
また、本発明の他の目的は、二次電池と、複数の電気二重層キャパシタと、を用いて電力を蓄積する場合に、各電気二重層キャパシタの電圧を均等化するための均等化回路を不要にすることのできる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明に係る蓄電装置は、電流値が上下動を繰り返す入力電流により充電される蓄電装置であって、電気二重層キャパシタを少なくとも一つ含んだ電気二重層キャパシタユニットと、前記電気二重層キャパシタユニットに並列に接続された、二次電池を少なくとも一つ含んだ電池ユニットと、を含み、前記電池ユニットの内部抵抗に対する前記電気二重層キャパシタユニットの内部抵抗の比が、前記入力電流に関するパラメタに応じて定められることを特徴とする。【０００９】
また、上記蓄電装置において、前記入力電流に関するパラメタは、前記入力電流の時間変化に関するパラメタを含むこととしてもよい。【００１０】
さらに、前記入力電流の時間変化に関するパラメタは、前記電流値の一回の上下動において、所定の閾値以上の電流が流れる時間を含むこととしてもよい。【００１１】
また、前記入力電流の時間変化に関するパラメタは、前記電流値の一回の上下動において、所定の閾値未満の電流が流れる時間を含むこととしてもよい。【００１２】
また、上記蓄電装置において、前記内部抵抗の比は、当該内部抵抗の比と、前記電池ユニットの蓄電電力量に対する前記電気二重層キャパシタユニットの蓄電電力量の比と、の積の値が、前記入力電流に関するパラメタに応じた値になるよう定められることとしてもよい。【００１３】
上記場合において、前記積の値は、０．０１８以上０．０３６以下であることが好ましい。さらに、前記積の値は、０．０２５以上０．０３０以下であることがより好ましい。【００１４】
また、本発明に係る他の蓄電装置は、電流値が上下動を繰り返す入力電流により充電される蓄電装置であって、電気二重層キャパシタを少なくとも一つ含んだ電気二重層キャパシタユニットと、前記電気二重層キャパシタユニットに並列に接続された、二次電池を少なくとも一つ含んだ電池ユニットと、を含み、前記電池ユニットの内部抵抗に対する前記電気二重層キャパシタユニットの内部抵抗の比と、前記電池ユニットの蓄電電力量に対する前記電気二重層キャパシタの蓄電電力量の比と、の積の値が、０．０１８以上０．０３６以下であることを特徴とする。さらに、前記積の値は、０．０２５以上０．０３０以下であることがより好ましい。【００１５】
また、本発明に係る他の蓄電装置は、互いに直列に接続された複数の電気二重層キャパシタと、過充電時に正極から発生する酸素を負極で還元する密閉型の二次電池を少なくとも一つ含んだ電池ユニットであって、前記複数の電気二重層キャパシタのそれぞれに対して並列に接続された複数の電池ユニットと、を含み、前記各電気二重層キャパシタの定格電圧が、当該電気二重層キャパシタに対して並列に接続された前記電池ユニットの過充電時における電圧以上であることを特徴とする。【００１６】
また、上記蓄電装置において、前記電池ユニットのそれぞれは、前記二次電池が複数個直列に接続されてなることとしてもよい。【００１７】
また、上記蓄電装置において、前記二次電池は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、又は制御弁式鉛−酸電池のいずれかであることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄電装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図２】電気二重層キャパシタの外観の一例を示す斜視図である。
【図３】電気二重層キャパシタの内部構造の一例を示す断面図である。
【図４】電池ユニットの外観の一例を示す斜視図である。
【図５Ａ】電池ユニットの構造の一例を示す分解斜視図である。
【図５Ｂ】電池ユニットの構造の別の例を示す分解斜視図である。
【図６】電気二重層キャパシタ及び電池ユニットの配置例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る蓄電装置に用いられる二次電池の性質を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る蓄電装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図９】入力電流と、電気二重層キャパシタ及び電池ユニットに流れる電流と、の間の関係の一例を示す図である。
【図１０】実施例における充電効率の測定結果を示す図である。
【図１１】実施例における充電効率の別の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置１の回路構成を示す回路図である。本実施形態に係る蓄電装置１は、例えば風力発電等によって得られる電力や自動車等の駆動によって得られる回生電力などの、外部から供給される電気エネルギーを、電気二重層キャパシタ及び二次電池内に蓄積する装置である。
【００２１】
蓄電装置１は、図１に示すように、複数の電気二重層キャパシタ２を含んだ電気二重層キャパシタモジュール３と、電気二重層キャパシタ２と同数の電池ユニット４と、を含んで構成されている。また、各電池ユニット４は、１又は複数の二次電池５を含んで構成されている。このように電気二重層キャパシタ２と二次電池５とを併用することによって、二次電池５と比較して出力性能が高いという電気二重層キャパシタ２の特性と、電気二重層キャパシタ２と比較してエネルギー密度が高いという二次電池５の特性と、を相補的に利用することができる。
【００２２】
図１に示すように、電気二重層キャパシタモジュール３は、互いに直列に接続された複数の電気二重層キャパシタ２を含んで構成されている。そして、電気二重層キャパシタモジュール３に含まれる各電気二重層キャパシタ２は、互いに同じ構造を有している。
【００２３】
図２は、電気二重層キャパシタ２の外観の一例を示す斜視図である。また、図３は、電気二重層キャパシタ２の内部構造の一例を示す断面図である。これらの図に示すように、電気二重層キャパシタ２は、少なくとも一対の正極１１及び負極１２と、各電極が互いに接触しないように各電極の間に配置されるセパレータ１３と、各電極及びセパレータ１３に含浸された有機系電解液１４と、ケース１５と、を含んで構成されている。
【００２４】
正極１１及び負極１２は、いずれも分極性電極であって、例えば、金属製の集電箔により形成される。さらに、正極１１及び負極１２の少なくとも一方には、活性炭などの高表面積材料である電極活物質と、導電剤と、バインダと、を含んだ組成物の層が形成される。具体的に、この組成物の層は、例えば当該組成物のスラリーを集電箔の片面又は両面に塗布し、乾燥させ、その後圧延することによって、形成される。
【００２５】
セパレータ１３は、正極１１と負極１２との重なり部分より大きなシート状の部材であって、例えばガラス繊維、ポリオレフィン、ポリアミドイミド、ポリエステル、フッ素樹脂、セルロース系材料などの絶縁性材料によって形成される。このセパレータ１３によって、正極１１と負極１２とが互いに電気的に接触しないよう、分離される。
【００２６】
有機系電解液１４は、非水系有機溶媒と電解質とを含んだ組成物である。例えばこの電解質は、４級アンモニウムカチオンや４級ホスホニウムカチオン等の４級オニウムカチオンと、ＢＦ４-、ＰＦ６-、ＣｌＯ４-、ＣＦ３ＳＯ３-、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ-、ＣＦ３ＣＯ２-等のアニオンと、からなる塩であってよい。なお、電解質がイオン液であれば、有機系電解液１４はイオン液体のみからなる電解液であってもよい。この有機系電解液１４が正極１１及び負極１２に含浸されることにより、外部からの電圧印加に応じて正極１１と負極１２の表面に電荷が蓄積され、電気二重層キャパシタ２が蓄電装置として機能する。
【００２７】
ケース１５は、正極１１、負極１２、セパレータ１３、及び有機系電解液１４を収容する容器であって、例えば平板状、直方体状、円筒状などの形状を備える。ケース１５の外面には正極端子及び負極端子がそれぞれ設けられ、正極端子はケース１５内の正極１１と、負極端子はケース１５内の負極１２と、それぞれ電気的に接続される。そして、電気二重層キャパシタ２は、この各電極端子を介して蓄電装置１を構成する他の構成要素と電気的に接続される。
【００２８】
図２に示す例では、ケース１５は、側面から見て略矩形の形状であって、一対の金属体１５ａ及び１５ｂと、絶縁体１５ｃと、を含んで構成されている。そして、この一対の金属体のうちの一方（ここでは金属体１５ａとする）が正極端子、他方（ここでは金属体１５ｂとする）が負極端子として機能する。この例では、金属体１５ａのケース１５内側の面が正極１１と接続され、金属体１５ｂのケース１５内側の面が負極１２と接続される。また、絶縁体１５ｃにより、金属体１５ａと金属体１５ｂとは互いに直接接触しないように配置されている。これにより、ケース１５から突出する電極端子を別に設ける必要がなくなり、蓄電装置１全体の省スペース化を図ることができる。なお、ケース１５には、ケース１５の内圧が高まった場合にガスを排出するための排気孔１６が設けられている。
【００２９】
電池ユニット４は、それぞれ１又は複数の二次電池５を含んで構成されている。そして、図１に示すように、複数の電池ユニット４のそれぞれは、複数の電気二重層キャパシタ２のそれぞれに対して、並列に接続されている。すなわち、蓄電装置１は、互いに並列に接続された電気二重層キャパシタ２と電池ユニット４との組が、複数組直列に接続されて構成されている。
【００３０】
図４は、電池ユニット４の外観の一例を示す斜視図である。ここでは、電池ユニット４は互いに直列に接続された２個の二次電池５を含んで構成されており、各二次電池５は円筒形状であって互いに同型であることとしている。また、図５Ａは、図４に示す電池ユニット４の構造を説明するための分解斜視図である。同図に示されるように、電池ユニット４は、２個の二次電池５のそれぞれを一つの金属板５ａに溶接することによって構成されている。なお、ここでは電池ユニット４は、帯状の金属板５ａの一方の面の両端それぞれに、一方の二次電池５の正極及び他方の二次電池５の負極を溶接し、この金属板５ａを折り曲げることによって製造される。これにより、２個の二次電池５が電気的に直列に接続され、かつ物理的に縦に並んで配置されるようになっている。しかしながら、二次電池５の接続方法はこのようなものに限られない。例えば、図５Ｂに示すように、二次電池５の直径に応じた内径の円筒形であって、その一方の側の周端から円筒の内部に向けて複数の突起部が設けられた金属材５ｂを、２個の二次電池５の接続に用いてもよい。このような金属材５ｂを介して２個の二次電池５を接続することにより、２個の二次電池５の間の電気抵抗がより少なくなるようにすることができる。
【００３１】
ここで、図２に例示した電気二重層キャパシタ２、及び図４に例示した電池ユニット４を用いた場合の、電気二重層キャパシタ２及び電池ユニット４の物理的配置の具体例について、説明する。図６は、蓄電装置１内部における電気二重層キャパシタ２及び電池ユニット４の配置の一例を示す斜視図である。この図の例においては、蓄電装置１は、５個の電気二重層キャパシタ２及びそれぞれ２個の二次電池５を含んだ５個の電池ユニット４を含んで構成されている。
【００３２】
図６に示すように、複数の電気二重層キャパシタ２のそれぞれは、そのケース１５を構成する金属体１５ａが隣接する電気二重層キャパシタ２の金属体１５ｂと接続するように、そのエッジ部分が溶接されている。また、金属体１５ｂが反対側に隣接する電気二重層キャパシタ２の金属体１５ａと接続するように溶接されている。前述したように、各電気二重層キャパシタ２の金属体１５ａ及び１５ｂは、それぞれ正極端子及び負極端子として機能する。そのため、このように複数の電気二重層キャパシタ２が重ねて配置されることによって、各電気二重層キャパシタ２の正極は隣接する電気二重層キャパシタ２の負極と電気的に接続され、複数の電気二重層キャパシタ２が互いに直列に接続されることとなる。
【００３３】
さらに、各電気二重層キャパシタ２に対して、当該電気二重層キャパシタ２と並列に接続されるべき電池ユニット４が隣接して配置される。ここでは、各電池ユニット４を構成する二次電池５の直径は電気二重層キャパシタ２の厚さに応じた値になっており、また各電池ユニット４の高さは電気二重層キャパシタ２の高さ（側面から見た矩形形状の長辺の長さ）に応じた値になっている。
【００３４】
また、各電池ユニット４は、その上下の向きが隣接する電池ユニット４と逆向きになるように、互い違いに配置されている。さらに、紙面に向かって上側に正極が位置する電池ユニット４を注目電池ユニットとすると、注目電池ユニットの正極は、紙面に向かって注目電池ユニットの右側に隣接する電池ユニット４の負極と、略矩形の金属板６ａを介して接続されている。また、金属板６ａは、略矩形の金属板６ｂを介して、注目電池ユニットと並列に接続されるべき電気二重層キャパシタ２の金属体１５ａ、及び当該電気二重層キャパシタ２の右隣に配置された電気二重層キャパシタ２の金属体１５ｂと接続されている。
【００３５】
また、注目電池ユニットの負極は、注目電池ユニットの紙面に向かって左側に隣接する電池ユニット４の正極と、金属板６ａと略同型の金属板６ｃを介して接続されている。そして、金属板６ｃは、金属板６ｂと略同型の金属板６ｄを介して、注目電池ユニットと並列に接続されるべき電気二重層キャパシタ２の金属体１５ｂ、及び当該電気二重層キャパシタ２の左隣に配置された電気二重層キャパシタ２の金属体１５ａと接続されている。これにより、複数の電池ユニット４は互いに直列に接続され、かつ、それぞれの電池ユニット４は隣接する電気二重層キャパシタ２と並列に接続されることになる。
【００３６】
以上説明した構造によれば、電気二重層キャパシタ２及び電池ユニット４をその隙間が少なくなるように並べて配置し、かつ電気二重層キャパシタ２の端子などが突出しないようにすることができるため、蓄電装置１全体の大きさを小さくすることができる。
【００３７】
次に、本実施形態において、蓄電装置１を構成する電気二重層キャパシタ２及び電池ユニット４の特性について、説明する。
【００３８】
本実施形態においては、電池ユニット４を構成する二次電池５は、密閉型の二次電池であって、かつ、過充電時には正極から発生する酸素を負極で還元する反応を生じさせる性質を備えている。ここで、過充電とは、電池ユニット４を構成する二次電池５が満充電になった後、さらに電池ユニット４に対して電気エネルギーが供給されている状態を指している。このような反応は、電解液として水溶液を用いる密閉型の二次電池において発生する。このような二次電池５の具体例としては、例えばニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、また制御弁式鉛−酸電池（シール鉛蓄電池）などが挙げられる。
【００３９】
以下、ニッケル−水素電池を例として、過充電時に正極から発生する酸素を負極で還元する密閉型の二次電池５が備える性質について、説明する。ニッケル−水素電池に外部から電力が供給されると、正極（水酸化ニッケル）及び負極（水素吸蔵合金：例えばミッシュメタル・ニッケルファイブ）のそれぞれにおいて、以下に示す反応（以下、充電反応という）が生じる。
正極：  Ｎｉ（ＯＨ）２＋ＯＨ−→ＮｉＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋ｅ−
負極：  ＭｍＮｉ５＋ｘＨ２Ｏ＋ｘｅ−→ＭｍＮｉ５Ｈｘ＋ｘＯＨ−
この充電反応によって、外部から供給される電気的エネルギーが、二次電池５内に蓄えられる。
【００４０】
また、充電反応が進行すると、二次電池５内においては、上記充電反応のほか、以下に示すような反応（以下、副反応という）が生じ始める。
正極：  ２ＯＨ−→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
負極：  １／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−
そして、二次電池５が過充電状態になると、充電反応は生じなくなり、副反応だけが生じるようになる。
【００４１】
この副反応により、正極では酸素が発生し、負極ではこの発生した酸素が吸収、還元される。本実施形態では、二次電池５は密閉型なので、正極で発生した酸素は二次電池５の外部に逃げることなく、負極での反応に用いられる。そのため、この過充電状態における副反応は、外部からの電力供給があれば、特に制限されることなく進行する。その結果、過充電状態で外部からの電力供給が続いたとしても、二次電池５の電圧は、上昇し続けることなく略一定の値に保たれる。また、この副反応は、二次電池５において電気分解した水の量と酸素還元によって生成した水の量が等しく、電解液を減少させることが実質的にないため、過充電による電池の劣化を生じさせることもない。
【００４２】
図７は、このようなニッケル−水素電池からなる電池ユニット４の性質を示すグラフである。この図において、横軸は、電池ユニット４に対して外部から供給された電気エネルギー（供給エネルギー）量（単位：Ｊ）を、電池ユニット４に蓄電可能なエネルギーに対する割合（単位：％）で示しており、紙面に向かって左側の縦軸は電池ユニット４の正極と負極との間の電圧（単位：Ｖ）、紙面に向かって右側の縦軸は電池ユニット４の温度（単位：摂氏温度）を示している。また、供給エネルギーに応じた電圧の変化は実線で、温度の変化は破線で、それぞれグラフ中に示されている。この図に示されるように、過充電状態（すなわち横軸の値が１００％を超えた状態）になると、電池ユニット４の電圧は過充電になる前より少し上昇した後、略一定の値に保たれてそれ以上は上昇しなくなる。その代わりに、外部から供給された電気エネルギーは化学反応によって熱エネルギーに変換され、電池ユニット４の温度を上昇させることが示されている。以下では、過充電時における電池ユニット４の電圧を、過充電時電圧Ｖｏと表記する。
【００４３】
さらに本実施形態では、各電気二重層キャパシタ２の定格電圧Ｖｒが、当該電気二重層キャパシタ２に対して並列に接続された電池ユニット４の過充電時電圧Ｖｏ以上になっている。ここで、定格電圧Ｖｒは、蓄電装置１の所定の使用環境下において、電気二重層キャパシタ２に対して印加されることが許容される上限電圧である。蓄電装置１を使用する際には、各電気二重層キャパシタ２に印加される電圧値がこの定格電圧Ｖｒを超えないようにすることが要請される。この定格電圧Ｖｒは、例えば電気二重層キャパシタ２のメーカーによって公表される定格電圧の値であってもよいし、回路設計上の要請や想定される使用環境などから定められる、蓄電装置１固有の電圧上限値であってもよい。
【００４４】
具体例として、電気二重層キャパシタ２の定格電圧Ｖｒに応じて、電池ユニット４の過充電時電圧Ｖｏがこの定格電圧Ｖｒを超えないように、電池ユニット４を構成する電池の種類、数、及び接続態様が決定される。電池ユニット４を構成する二次電池５として、過充電時の電圧値が約１．６Ｖになるニッケル−水素電池を採用する場合、図４に例示したように電池ユニット４がこの二次電池５を２個直列に接続した構成であれば、電池ユニット４の過充電時電圧Ｖｏは約３．２Ｖとなる。そこで、定格電圧Ｖｒが３．２Ｖ以上となるような電気二重層キャパシタ２を蓄電装置１に採用すればよい。
【００４５】
このように、互いに並列に接続された電気二重層キャパシタ２と電池ユニット４との間で定格電圧Ｖｒ≧充電時電圧Ｖｏの関係が満たされる場合、仮に蓄電装置１で蓄電可能なエネルギー容量を超える電気エネルギーが外部から供給されたとしても、電気二重層キャパシタモジュール３を構成する各電気二重層キャパシタ２に印加される電圧は、定格電圧Ｖｒを超えないよう制御される。なぜなら、各電気二重層キャパシタ２に並列に接続された電池ユニット４内の各二次電池５で生じる副反応によって、電気二重層キャパシタ２に印加される電圧の上限も過充電時電圧Ｖｏに抑えられるからである。このため、本実施形態に係る蓄電装置１によれば、電気二重層キャパシタ２に印加される電圧を制御するために、別に均等化回路を接続する必要がなくなる。
【００４６】
なお、以上の説明では、二次電池５がニッケル−水素電池の場合の反応を例として説明したが、過充電時に正極で発生した酸素を負極で還元する反応を生じさせる電池であれば、他の種類の電池であっても構わない。また、以上の説明においては電池ユニット４が二次電池５を２個直列に接続した構成であることとしたが、電池ユニット４の構成はこのようなものに限られない。特に、電気二重層キャパシタ２の定格電圧Ｖｒと二次電池５の過充電時電圧Ｖｏとの関係に応じて、電池ユニット４に含まれる二次電池５の数は、例えば１個又は３個以上であってもよい。
【００４７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る蓄電装置について、説明する。本実施形態に係る蓄電装置も、第１の実施形態に係る蓄電装置と同様に、風力発電等によって得られる電力や自動車等の駆動によって得られる回生電力などを蓄積する装置であって、電気二重層キャパシタを少なくとも一つ含む電気二重層キャパシタユニットと、当該電気二重層キャパシタに並列に接続され、二次電池を少なくとも一つ含む電池ユニットと、を含んで構成される。図８は、本実施形態に係る蓄電装置２１の回路構成例を示す図である。電気二重層キャパシタユニット２３は１又は複数の電気二重層キャパシタセル２２を含んで構成され、電池ユニット２４は１又は複数の二次電池２５を含んで構成される。なお、電気二重層キャパシタセル２２は、第１実施形態における電気二重層キャパシタ２と同様の構成を備える電気二重層キャパシタであってよい。また、二次電池２５は、第１実施形態における二次電池５と同様に、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池、制御弁式鉛−酸電池（シール鉛蓄電池）などの密閉型電池であってよい。さらに、電池ユニット２４は、第１実施形態における電池ユニット４と同様の構成を備えてもよいし、これとは異なる構成であってもよい。
【００４８】
本実施形態においては、蓄電装置２１を構成する構成要素の電気的特性が、外部から供給される電気エネルギーの特性に応じて定められている。具体的に、本実施形態に係る蓄電装置２１は、例えば風力発電や波力発電等によって生成された電力や、自動車等の駆動によって得られる回生電力などによって充電されるものとする。この場合、外部から供給される電力は、長時間にわたって電流値が一定の電流ではなく、断続的に変化する電流の形で蓄電装置１に入力される。すなわち、蓄電装置１に外部より供給される入力電流Ｉｔは、蓄電装置１の充電容量が空の状態から所定の目標値に達するまでの間に、その電流値が時間経過に従って上下動を繰り返すという特徴がある。具体的に、例えば入力電流Ｉｔは、数秒〜１０分程度の周期で上下動を繰り返す。
【００４９】
このような上下動を繰り返す入力電流Ｉｔによって外部から供給される電気エネルギーを、二次電池２５だけを用いた蓄電装置に蓄積する場合、充電が行われる期間を通じた入力電流Ｉｔの平均値が二次電池２５の特性に応じて望ましい条件の値であったとしても、瞬間的にはこの平均値を超える大きな電流値の入力電流Ｉｔが二次電池２５に流れ込むタイミングがある。このようなタイミングでは、反応速度などの特性により二次電池２５が前述した充電反応を効率的に行うことができず、結果として、蓄電装置の充電効率（外部から供給される電気エネルギーに対する、内部で消費されずに蓄電装置に蓄積されるエネルギーの割合）が低くなる場合がある。そこで、本実施形態では、二次電池２５からなる電池ユニット２４に対して、電気二重層キャパシタユニット２３を並列に接続している。これにより、入力電流Ｉｔが電池ユニット２４と電気二重層キャパシタユニット２３とに分流され、電池ユニット２４に流れる電流が電気二重層キャパシタユニット２３によって平滑化されるので、電池ユニット２４に流れる電流の最大値が抑えられ、二次電池２５の充電効率を向上することができる。
【００５０】
図９は、充電時に蓄電装置２１に入力される入力電流Ｉｔと、電気二重層キャパシタユニット２３に流れる電流Ｉｃ、及び当該電気二重層キャパシタユニット２３に並列に接続された電池ユニット２４に流れる電流Ｉｂと、の間の関係の一例を示す図である。図９において、横軸は時間（単位：分）を示しており、縦軸は電流（単位：Ａ）を示している。また、図中において、入力電流Ｉｔの電流値は実線で、電気二重層キャパシタユニット２３に流れる電流Ｉｃの電流値は破線で、電池ユニット２４に流れる電流Ｉｂの電流値は一点鎖線で、それぞれ示されている。この図の例では、入力電流Ｉｔは、期間ｔ１の間の電流値がＩ１で、その後に続く期間ｔ２の間の電流値が０となる矩形波が、周期（ｔ１＋ｔ２）で繰り返されるパルス電流となっている。
【００５１】
この場合において、入力電流Ｉｔの電流値がＩ１の間（期間ｔ１の間）は、入力電流Ｉｔが電気二重層キャパシタユニット２３と電池ユニット２４に分配されるので、電池ユニット２４にはＩ１より小さな電流値の電流Ｉｂが流れる。そして、電気二重層キャパシタユニット２３は二次電池２５と比較して高速充放電が可能であり、素早く電池ユニット２４より高い電圧になるまで充電されるので、入力電流Ｉｔの電流値が０の間（期間ｔ２の間）は、電気二重層キャパシタユニット２３から電池ユニット２４に対して放電が行われることになる。これにより、期間ｔ２の間、電気二重層キャパシタユニット２３に流れる電流Ｉｃは負の値（期間ｔ１の場合と逆向き）になり、これと同じ値の電流Ｉｂが電池ユニット２４に流れ、これによって電池ユニット２４は継続して充電される。こうして、電池ユニット２４に流れる電流Ｉｂは、入力電流Ｉｔにおける電流値の上下動より緩やかな変動を示す電流となり、過大な電流が二次電池２５に流れこむことによる充電効率の悪化を抑えることができる。
【００５２】
以上説明した例において、入力電流Ｉｔが電気二重層キャパシタユニット２３と電池ユニット２４との間でどのように分流されるかは、電気二重層キャパシタユニット２３の内部抵抗Ｒｃと電池ユニット２４の内部抵抗Ｒｂとの比に応じて決定されることになる。そこで本実施形態に係る蓄電装置１では、電流値が上下動を繰り返すような入力電流Ｉｔによって充電される場合に、充電効率を向上できるように、電気二重層キャパシタユニット２３の内部抵抗Ｒｃと電池ユニット４の内部抵抗Ｒｂとの比が、この入力電流Ｉｔに関するパラメタに応じて定められている。
【００５３】
本実施形態に係る蓄電装置１の充電効率は、電気二重層キャパシタユニット２３の内部抵抗Ｒｃ及び電池ユニット２４の内部抵抗Ｒｂによって消費される電気エネルギーのほか、二次電池２５内において生じる副反応（充電に寄与しない化学反応）により消費される電気エネルギーが増大することによって、悪化する。そこで、本実施形態では、電池ユニット２４を構成する二次電池２５内部における、副反応の反応速度に対する充電反応の反応速度の割合（以下、反応率ｋという）を高くするように、電池ユニット２４の内部抵抗Ｒｂに対する電気二重層キャパシタユニット２３の内部抵抗Ｒｃの比（以下、内部抵抗比という）が決定される。ここで、反応率ｋは、電池ユニット２４内部で発生する全反応に対する、充電反応の起こりやすさを示している。この反応率ｋを高くすることで、充電中に副反応と比較して充電反応が起こる割合が高くなり、蓄電装置１の充電効率を高めることができる。
【００５４】
具体的には、例えば以下に示す関係式により、反応率ｋ（単位：％）と内部抵抗比（Ｒｃ／Ｒｂ）との間の関係をモデル化する。なお、この関係式は、反応速度に関するアイリングの公式における、温度以外のストレスに関する因子として、内部抵抗比や入力電流Ｉｔに関するパラメタを導入したものである。
【数１】
2009128482.tif 000003
【００５５】
ここで、ｔ１及びｔ２は、いずれも入力電流Ｉｔの時間変化に関するパラメタの一つであって、ｔ１は所定の電流値の電流が流れる期間を、ｔ２は期間ｔ１の後電流が流れない期間を、それぞれ秒を単位として示している。また、Ｉ１は、入力電流Ｉｔの大きさに関するパラメタの一つであって、期間ｔ１の間の入力電流Ｉｔの電流値（単位：Ａ）を示している。これらのパラメタの値が変化することにより、反応率ｋが変化することとなる。
【００５６】
また、（１）式において、Ｔは電池ユニット２４の温度（単位：度）を、ＳＯＣは電池ユニット４全体の蓄電容量に対する目標充電量の割合、すなわち充電率（単位：％）を、それぞれ示している。温度Ｔは、蓄電装置２１の想定される使用環境に応じた値を用いればよい。また、充電率ＳＯＣは、蓄電装置２１の使用目的や必要な電気エネルギーに応じて決定される。例えば電池ユニット２４の充電率ＳＯＣが８０％になるまで蓄電装置２１を充電して使用することが想定される場合、この８０を充電率ＳＯＣの値として用いることで、蓄電装置２１を空の状態から８０％の充電率になるまで充電する場合の反応率ｋを、（１）式により算出できる。
【００５７】
さらに、（１）式において、Ａ，Ｂ，α，β，γ及びωは、所定の定数であって、電池ユニット２４を構成する二次電池２５の種類や電気二重層キャパシタユニット２３を構成する電気二重層キャパシタセル２２の種類などに応じて決定される。これらの定数は、例えばある特定のパラメタにより決定される入力電流Ｉｔをテスト用の回路に入力し、反応率ｋを測定することによって、決定できる。
【００５８】
以上説明した（１）式を用いることにより、実際の蓄電装置２１使用時に入力されると想定される入力電流Ｉｔに関するパラメタ（ここではＩ１、ｔ１及びｔ２）を用いて、蓄電装置２１の充電効率に関連する指標である反応率ｋを算出できる。ここで、回路設計上は充電効率以外にも様々な条件を考慮する必要がある。例えば電池ユニット２４と並列に接続する電気二重層キャパシタユニット２３の容量を増やせばより入力電流Ｉｔを平滑化でき、充電効率を改善できるが、一方で電気二重層キャパシタセル２２のエネルギー密度は一般に二次電池２５より低いため、電気二重層キャパシタユニット２３の容量を増やすと蓄電装置２１全体のエネルギー密度が下がってしまう。そこで、（１）式を用いて、例えば反応率ｋが所定の値以上になるという条件を満たす内部抵抗比（Ｒｃ／Ｒｂ）を決定し、この内部抵抗比（Ｒｃ／Ｒｂ）の条件を満足する範囲内で、エネルギー密度などに関する他の条件についても満足するように、蓄電装置２１の回路構成を決定する。あるいは、（１）式により算出される内部抵抗比（Ｒｃ／Ｒｂ）の変化量に対する反応率ｋの上昇量が所定値以下になる場合には、それ以上電気二重層キャパシタユニット２３の容量を増やさないこととしてもよい。
【００５９】
さらに、上述した内部抵抗比（Ｒｃ／Ｒｂ）と、電池ユニット２４の蓄電電力量Ｗｂに対する電気二重層キャパシタユニット２３の蓄電電力量Ｗｃの比（以下、蓄電電力量比という）と、の双方を考慮したパラメタを導入し、当該パラメタに関する条件を満足する電気二重層キャパシタユニット２３及び電池ユニット２４を採用することによって、入力電流Ｉｔの電流値が上下動を繰り返す場合に、蓄電装置２１全体の充電効率を向上させることができる。これにつき、以下、詳細に説明する。なお、本実施形態では、電気二重層キャパシタユニット２３及び電池ユニット２４それぞれの蓄電電力量は、各々が蓄積し、放電することのできる最大の電気エネルギー（電力量）を示しており、個々の蓄電装置の定格容量を測定する方法に基づく放電電力量によって定義される。例えば、ニッケル−水素電池の場合は、０．１Ｃ（１０時間率の電流）で定格電気量の１５０％分の電気量を定電流充電し、その後０．２Ｃ（５時間率の電流）で所定の電圧（通常１セルあたり１．０Ｖ）まで放電したときに得られる電力量である。電気二重層キャパシタの場合は、１．０Ｃ（１時間率の電流）、定格電圧で、定電流定電圧充電し、その後１．０Ｃで所定の電圧（通常１セルあたり０．０Ｖ）まで放電したときに得られる電力量である。
【００６０】
一般に、二次電池や電気二重層キャパシタにおいて、その性能を示す指標である蓄電電力量と内部抵抗とは互いに完全に独立しているわけではなく、一方の性能を向上させると他方の性能が相対的に低下する傾向がある。そのため、従来、１回当たりの充電又は放電時間が短い用途においては、蓄電装置の入出力性能を向上させる観点から、その内部抵抗を小さくすることが重視されていた。一方、充放電が比較的長時間にわたって行われる用途においては、短期の入出力性能は重視されないため、エネルギー密度の高い二次電池が用いられ、内部抵抗に関してはそれほど問題とはされていなかった。これに対して、周期的に電流値が上下動を繰り返す入力電流Ｉｔによって外部から供給される電力を蓄積する場合には、単純に蓄電電力量を犠牲にして内部抵抗の小さな電気二重層キャパシタを接続したとしても、充電効率が最適化されるとは限らない。
【００６１】
以上のような事情を考慮して、以下では、電池ユニット２４に対して並列接続する電気二重層キャパシタユニット２３の内部抵抗及び蓄電電力量の双方を考慮したパラメタとして、内部抵抗比（Ｒｃ／Ｒｂ）と、蓄電電力量比（Ｗｃ／Ｗｂ）と、の積によって表されるパラメタＰを導入する。すなわち、パラメタＰの値は、
Ｐ＝（Ｒｃ・Ｗｃ）／（Ｒｂ・Ｗｂ）
によって算出される無次元の量である。
【００６２】
蓄電装置が瞬間的に入力される電流によって充電される場合、電気二重層キャパシタユニット２３の蓄電電力量Ｗｃが大きい必要性は乏しく、逆に内部抵抗Ｒｃが小さいことが求められるので、パラメタＰの値は小さいほうが望ましい。しかしながら、本実施形態では、１回当たりの充電時間が５秒から５分程度といった周期の入力電流Ｉｔによって充電されることを想定している。この場合、充電が開始された瞬間には電池ユニット４と電気二重層キャパシタユニット２３それぞれの内部抵抗の逆比にしたがって入力電流Ｉｔは分配される。しかし、その後電気二重層キャパシタユニット２３の電圧は充電された電気量に比例して上昇する。そのため、これによって生じる電気二重層キャパシタユニット２３と電池ユニット２４との間の電圧差を消失されるように入力電流Ｉｔの分配は変化する。すなわち、電池ユニット２４に流れる電流が増大し、電気二重層キャパシタユニット２３に流れる電流が減少する。ここで、電気二重層キャパシタユニット２３の蓄電電力量Ｗｃが小さいと、相対的に早く電気二重層キャパシタユニット２３に流れる電流が減少し、電池ユニット２４に流れる電流が増大する。そのため、十分に電池ユニット２４に流れる電流を平滑化することができなくなってしまう。そこで、１回あたりの充電時間の長さに応じて、望ましい条件で入力電流Ｉｔが電気二重層キャパシタユニット２３及び電池ユニット２４のそれぞれに分配されるように、内部抵抗比及び蓄電電力量比の双方を考慮したパラメタＰの値を決定する必要がある。
【００６３】
具体的に、パラメタＰの値は、０．０１８以上０．０３６以下の範囲に含まれることが好ましい。さらに、パラメタＰの値は、０．０３０以下であることがより好ましい。また、パラメタＰの値は、０．０２５以上であることがより好ましい。すなわち、パラメタＰの値は、０．０２５以上０．０３０以下であることがより好ましい。このような条件を満たす電気二重層キャパシタ２及び電池ユニット４を採用することによって、蓄電装置１の充電効率を向上させることができる。
【００６４】
以上説明した本実施の形態によれば、電流値が上下動を繰り返す入力電流Ｉｔにより外部から供給される電力を蓄積する場合に、電池ユニット４の内部抵抗Ｒｂに対する電気二重層キャパシタ２の内部抵抗Ｒｃの比、またはパラメタＰの値を適切に決定することにより、蓄電装置１の充電効率を向上できる。
【００６５】
なお、以上の説明においては、入力電流Ｉｔとしては矩形波のパルス電流を想定した。しかしながら、例えば風力発電などから得られる入力電流Ｉｔは、このような電流値がＩ１及び０の２値をとる電流とは限らず、不規則に上下動することが想定される。このような場合、前述した入力電流Ｉｔに関するパラメタＩ１、ｔ１及びｔ２として、例えば以下に説明する値を用いることとしてもよい。すなわち、入力電流Ｉｔの電流値の１回の上下動において、所定の閾値以上の電流が流れる時間をｔ１とし、所定の閾値未満の電流が流れる時間をｔ２とする。さらに、蓄電装置１の充電が行われると想定される期間全体における入力電流Ｉｔの上下動の周期が不規則な場合には、繰り返される複数回の上下動全体のうち、所定の閾値以上又は所定の閾値未満の電流が流れている時間を合算して、この合算された値を上下動の繰り返し回数で除することによって、１回の上下動における所定の閾値以上又は所定の閾値未満の電流が流れる時間の平均値を算出し、算出された平均値を時間のパラメタｔ１及びｔ２として用いてもよい。また、入力電流Ｉｔの電流値が所定の閾値を超える時間ｔ１における、入力電流Ｉｔの平均値を、Ｉ１として用いる。
【００６６】
なお、以上説明した第１実施形態及び第２実施形態の構成は、組み合わせて用いられることとしてもよい。すなわち、互いに直列接続された複数の電気二重層キャパシタのそれぞれに対して、過充電時電圧がその定格電圧以下になる電池ユニットを並列接続するとともに、互いに並列接続された電気二重層キャパシタと電池ユニットとの組が、上述したパラメタＰの条件を満たすようになっていてもよい。
【実施例】
【００６７】
以下、本発明を適用した蓄電装置の具体例を実施例として説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。まず、２個のニッケル−水素電池からなる電池ユニットと電気二重層キャパシタユニットとを並列接続した蓄電装置の例として、実施例Ａ１及びＡ２について説明する。【００６８】
［実施例Ａ１］
定格電圧３．２Ｖ以上の電気二重層キャパシタである日清紡績株式会社製Ｎ’ｓ  ＣＡＰ（登録商標）を２個直列に接続した電気二重層キャパシタユニットに、定格容量１０，０００ｍＡｈのＤサイズニッケル−水素電池（ＧＰバッテリーズ・インターナショナル社製ＧＰ１０００ＤＨ）を２個直列に接続した電池ユニットを並列に接続して、蓄電装置とした。この蓄電装置において、電池ユニットと電気二重層キャパシタとの蓄電量比率は、１０：１になっており、電気二重層キャパシタの内部抵抗Ｒｃと電池ユニットの内部抵抗Ｒｂとの比（Ｒｃ／Ｒｂ）は、０．２５である。【００６９】
［実施例Ａ２］
定格電圧３．２Ｖ以上の電気二重層キャパシタである日清紡績株式会社製「Ｎ’ｓ  ＣＡＰ」（登録商標）１個からなる電気二重層キャパシタユニットに、定格容量１０，０００ｍＡｈのＤサイズニッケル−水素電池（ＧＰバッテリーズ・インターナショナル社製ＧＰ１０００ＤＨ）を２個直列に接続した電池ユニットを並列に接続して、蓄電装置とした。この蓄電装置において、電池ユニットと電気二重層キャパシタとの蓄電量比率は、１０：０．５になっており、電気二重層キャパシタの内部抵抗Ｒｃと電池ユニットの内部抵抗Ｒｂとの比（Ｒｃ／Ｒｂ）は、０．１３である。【００７０】
［比較例ａ１］
電気二重層キャパシタが電池ユニットに並列接続されない場合の充電効率を実施例における充電効率と比較するため、定格容量１０，０００ｍＡｈのＤサイズニッケル−水素電池（ＧＰバッテリーズ・インターナショナル社製ＧＰ１０００ＤＨ）を２個直列に接続した電池ユニットを単体で、蓄電装置とした。【００７１】
［測定結果］
実施例Ａ１、実施例Ａ２、及び比較例ａ１のそれぞれの蓄電装置に対して、以下に示す２種類のパターンの入力電流を入力した場合の、充電効率を測定した。
パターンＡ：電流率３．０Ｃの電流を１０秒間入力、その後１１秒間休止の繰り返し
パターンＢ：電流率１．０Ｃの電流を１０秒間入力、その後１１秒間休止の繰り返し
その測定結果が、図１０に示されている。この図において、横軸は外部から供給された電気エネルギー（供給エネルギー）の量（単位：Ｊ）を、蓄電装置に蓄電可能な電気エネルギーに対する割合（単位：％）で示しており、縦軸は充電効率（供給エネルギーに対して蓄電装置に蓄積されたエネルギーの割合）（単位：％）を示している。また、実線はパターンＡの入力電流に対する測定結果を、破線はパターンＢの入力電流に対する測定結果を、それぞれ示している。さらに、四角形のプロットは実施例Ａ１の測定結果を、円形のプロットは実施例Ａ２の測定結果を、三角形のプロットは比較例ａ１の測定結果を、それぞれ示している。【００７２】
この図に示されるように、実施例Ａ１、実施例Ａ２いずれの場合も、パターンＡ及びパターンＢ双方の入力電流に対して、比較例ａ１より充電効率が向上している。そして、実施例Ａ１のほうが実施例Ａ２よりも充電効率が向上しているが、その上昇の程度はパターンＡの入力電流の場合の方がパターンＢの入力電流の場合よりも大きくなっている。すなわち、パターンＡでモデル化される入力電流が想定される用途においては、パターンＢの場合と比較して、電気二重層キャパシタの容量増加がより充電効率を大きく改善させることがわかる。【００７３】
次に、パラメタＰの値と充電効率との関係を示すための実施例について、説明する。【００７４】
［ニッケル−水素電池ユニットの作製］
Ｄサイズ円筒密閉型ニッケル−水素電池（ＧＰバッテリーズ・インターナショナル社製ＧＰ１０００ＤＨ、定格電気量１０，０００ｍＡｈ、定格の放電電圧１．２５Ｖ、充電の上限電圧１．５Ｖ、内部抵抗２．５ｍΩ）１０セルを、高さ方向に２セル、縦方向に５セル並べて、幅２０ｍｍ厚さ０．３ｍｍ長さ４０ｍｍのニッケル片を電極端子に抵抗溶接することによって直列接続して、定格電圧１２．５Ｖ、充電の上限電圧１５Ｖのニッケル−水素電池ユニット（蓄電電力量Ｗｂ＝１２５，０００ｍＷｈ、内部抵抗Ｒｂ＝２５ｍΩ）を作製した。【００７５】
［実施例Ｂ１］
定格静電容量３，０００Ｆ、定格電圧３．０Ｖ、内部抵抗０．６ｍΩの電気二重層キャパシタセル５セルを電極端子溶接して直列接続することによって、定格電圧１５Ｖ、静電容量６００Ｆ、内部抵抗Ｒｃ＝３ｍΩの電気二重層キャパシタユニット（蓄電電力量Ｗｃ＝１８，７５０ｍＷｈ）を作製し、上記ニッケル水素電池と５．５ｍｍφ長さ５０ｍｍビニル電線を用いて並列接続して、蓄電装置とした。【００７６】
［実施例Ｂ２］
定格静電容量５，０００Ｆ、定格電圧３．０Ｖ、内部抵抗０．５ｍΩの電気二重層キャパシタセル５セルを電極端子溶接して直列接続することによって、定格電圧１５Ｖ、静電容量１，０００Ｆ、内部抵抗Ｒｃ＝２．５ｍΩの電気二重層キャパシタユニット（蓄電電力量Ｗｃ＝３１，２５０ｍＷｈ）を作製し、５．５ｍｍφ長さ５０ｍｍビニル電線を用いて上記電池ユニットと並列接続して、蓄電装置とした。【００７７】
［実施例Ｂ３］
定格静電容量６，０００Ｆ、定格電圧３．０Ｖ、内部抵抗０．５ｍΩの電気二重層キャパシタセル５セルを電極端子溶接して直列接続することによって、定格電圧１５Ｖ、静電容量１，２００Ｆ、内部抵抗Ｒｃ＝２．５ｍΩの電気二重層キャパシタユニット（蓄電電力量Ｗｃ＝３７，５００ｍＷｈ）を作製し、５．５ｍｍφ長さ５０ｍｍビニル電線を用いて上記電池ユニットと並列接続して、蓄電装置とした。【００７８】
［実施例Ｂ４］
定格静電容量６，０００Ｆ、定格電圧３．０Ｖ、内部抵抗０．６ｍΩの電気二重層キャパシタセル５セルを電極端子溶接して直列接続することによって定格電圧１５Ｖ、静電容量１，２００Ｆ、内部抵抗Ｒｃ＝３ｍΩの電気二重層キャパシタユニット（蓄電電力量Ｗｃ＝３７，５００ｍＷｈ）を作製し、５．５ｍｍφ長さ５０ｍｍビニル電線を用いて上記電池ユニットと並列接続して、蓄電装置とした。【００７９】
［比較例ｂ１］
上記電池ユニットのみを蓄電装置とした。【００８０】
［比較例ｂ２］
定格静電容量１，０００Ｆ、定格電圧３．０Ｖ、内部抵抗１．２ｍΩの電気二重層キャパシタセル５セルを電極端子溶接して直列接続することによって定格電圧１５Ｖ、静電容量２００Ｆ、内部抵抗Ｒｃ＝６ｍΩの電気二重層キャパシタユニット（蓄電電力量Ｗｃ＝６，２５０ｍＷｈ）を作製し、上記電池ユニットと５．５ｍｍφ長さ５０ｍｍビニル電線を用いて並列接続して、蓄電装置とした。【００８１】
［比較例ｂ３］
定格静電容量２，０００Ｆ、定格電圧３．０Ｖ、内部抵抗０．８ｍΩの電気二重層キャパシタセル５セルを電極端子溶接して直列接続することによって定格電圧１５Ｖ、静電容量４００Ｆ、内部抵抗Ｒｃ＝４ｍΩの電気二重層キャパシタユニット（蓄電電力量Ｗｃ＝１２，５００ｍＷｈ）を作製し、上記ニッケル水素電池と５．５ｍｍφ長さ５０ｍｍビニル電線を用いて並列接続して、蓄電装置とした。【００８２】
［比較例ｂ４］
定格静電容量６，０００Ｆ、定格電圧３．０Ｖ、内部抵抗０．８ｍΩの電気二重層キャパシタセル５セルを電極端子溶接して直列接続することによって定格電圧１５Ｖ、静電容量１，２００Ｆ、内部抵抗Ｒｃ＝４ｍΩの電気二重層キャパシタユニット（蓄電電力量Ｗｃ＝３７，５００ｍＷｈ）を作製し、上記ニッケル水素電池と５．５ｍｍφ長さ５０ｍｍビニル電線を用いて並列接続して、蓄電装置とした。【００８３】
［測定結果］
上記実施例Ｂ１〜Ｂ４、及び比較例ｂ１〜ｂ４それぞれの蓄電装置について、残存する電力量をニッケル−水素電池の定格電気量に対して５時間率の電流（２，０００ｍＡ）で１０Ｖまで放電した後、蓄電装置を電流２０Ａで１０秒間充電し、次いで１０秒間休止するサイクルを繰り返して蓄電電気量の８０％（８，０００ｍＡｈ）分を充電した。このときの入力電流に関するパラメタは、Ｉ１＝２０Ａ、ｔ１＝１０秒、ｔ２＝１０秒である。充電後、再び、ニッケル水素電池の定格電気量に対して５時間率の電流（２，０００ｍＡ）で１０Ｖまで放電した。ニッケル−水素電池の電圧は、電池電極端子間で測定された電圧とした。各実施例に係る蓄電装置の電圧は、ニッケル−水素電池ユニットと電気二重層キャパシタユニットの正極及び負極同士の接続に用いたビニル電線の中央部に露出させた銅線で測定された電圧とした。蓄電装置を充電するときの蓄電装置電圧の電気量積分を、蓄電装置に対して供給した電力量Ｗｃｈａｒｇｅとし、放電したときの蓄電装置電圧の電気量積分を、放電された電力量Ｗｄｉｓｃｈａｒｇｅとした。充電電力量に対する放電電力量の割合Ｗｄｉｓｃｈａｒｇｅ／Ｗｃｈａｒｇｅ×１００（％）をその蓄電装置およびその充電条件における充電効率Ｅｆｆとした。【００８４】
また、実施例Ｂ１〜Ｂ４及び比較例ｂ２〜ｂ３のそれぞれで示した蓄電装置について、充電条件を電流２０Ａで６０秒間充電し、次いで６０秒間休止するサイクルを繰り返して蓄電電気量の８０％（８，０００ｍＡｈ）分を充電する条件にして測定した場合を、それぞれ実施例Ｃ１〜Ｃ４、比較例ｃ１〜ｃ３とした。このときの入力電流に関するパラメタは、Ｉ１＝２０Ａ、ｔ１＝６０秒、ｔ２＝６０秒である。【００８５】
さらに、充電条件を電流２０Ａで３００秒間充電し、次いで３００秒間休止するサイクルを繰り返して蓄電電気量の８０％（８，０００ｍＡｈ）分を充電する条件にして測定した場合を、それぞれ実施例Ｄ１〜Ｄ４、比較例ｄ１〜ｄ３とした。このときの入力電流に関するパラメタは、Ｉ１＝２０Ａ、ｔ１＝３００秒、ｔ２＝３００秒である。【００８６】
以上の各実施例及び比較例の蓄電装置における、内部抵抗比（Ｒｃ／Ｒｂ）、蓄電電力量比（Ｗｃ／Ｗｂ）、パラメタＰの値、入力電流に関する各条件、及び充電効率のシミュレーション結果を下記の表に示す。【００８７】
【表１】
2009128482.tif 000004
【００８８】
また、この表に示されるパラメタＰの値と充電効率Ｅｆｆの関係を示すグラフを図１１に示す。図１１では、横軸がパラメタＰの値、縦軸が充電効率Ｅｆｆの値を示している。また、円形のプロットはｔ１＝ｔ２＝１０ｓの場合（実施例Ｂ１〜Ｂ４及び比較例ｂ１〜ｂ４）を、四角形のプロットはｔ１＝ｔ２＝６０ｓの場合（実施例Ｃ１〜Ｃ４及び比較例ｃ１〜ｃ４）を、三角形のプロットはｔ１＝ｔ２＝３００ｓの場合（実施例Ｄ１〜Ｄ４及び比較例ｄ１〜ｄ４）を、それぞれ示している。【００８９】
図１１から明らかなように、期間ｔ１＝１０秒〜３００秒の時間間隔で蓄電装置に電力が供給され、その後入力電流が休止するサイクルの場合には、パラメタＰの値が０．０１８未満又は０．０３６を超える蓄電装置よりも、パラメタＰの値が０．０１８以上０．０３６以下の蓄電装置の方が、充電効率Ｅｆｆが向上していることがわかる。また、充電効率Ｅｆｆは、パラメタＰの値が０．０２５〜０．０３０の付近でピークとなり、その後は減少に転じる。したがって、パラメタＰの値が０．０１８以上０．０３６以下、より好ましくは０．０２５〜０．０３０になるように電気二重層キャパシタユニット及び電池ユニットの種類及び構成を決定することで、入力電流の電流値が上下動を繰り返すような用途において、充電効率Ｅｆｆを向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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