(57)【要約】【課題】低出力密度／高エネルギー密度型の蓄電デバイスの劣化を抑制する。【解決手段】エネルギー密度が高く出力密度が低い第一の蓄電デバイスと、出力密度が高くエネルギー密度が低い第二の蓄電デバイスと、を有する蓄電システムであって、前記第二の蓄電デバイスは、炭素を含み、少なくともアニオンを吸蔵／放出する正極と、金属リチウム及び/又はリチウムイオンを吸蔵／放出する負極と、からなる非水電解液蓄電デバイスである。【選択図】図３
2018019469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー密度が高く出力密度が低い第一の蓄電デバイスと、
出力密度が高くエネルギー密度が低い第二の蓄電デバイスと、を有する蓄電システムであって、
前記第二の蓄電デバイスは、
炭素を含み、少なくともアニオンを吸蔵／放出する正極と、
金属リチウム及び/又はリチウムイオンを吸蔵／放出する負極と、からなる非水電解液蓄電デバイスである、蓄電システム。
【請求項２】
前記第一の蓄電デバイスと、前記第二の蓄電デバイスは、負荷に対して並列に接続されている、請求項１記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記第一の蓄電デバイスと、負荷との接続／遮断を制御するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記蓄電システムから出力される電流が所定の閾値以上となったとき、前記スイッチ素子により、前記第一の蓄電デバイスと、前記負荷との接続を遮断する、請求項１又は２記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記第一の蓄電デバイスと、負荷との接続／遮断を制御するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記蓄電システムの温度が所定の値以上となったとき、又は前記温度の変動幅が所定の幅を超えたとき、前記第一の蓄電デバイスと、前記負荷との接続を遮断する、請求項１又は２記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記第一の蓄電デバイスと、負荷との接続／遮断を制御するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路と、
前記第一の蓄電デバイスから出力される電流を検出する電流センサと、を有し、
前記制御回路は、
所定時間において前記第一の蓄電デバイスから出力された電流の平均値を算出し、
前記平均値が所定の閾値未満の場合は、前記電流センサが検出する電流が前記平均値となるように、前記スイッチ素子と前記負荷との接続／遮断を制御し、
前記平均値が前記所定の閾値以上の場合は、前記電流センサが検出する電流が前記所定の閾値となるように、前記スイッチ素子と前記負荷との接続／遮断を制御する、請求項１又は２記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記第一の蓄電デバイスは、リチウムイオン電池である、請求項１乃至５の何れか一項に記載の蓄電システム。
【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】
従来から、ハイブリッド車や電気自動車等に搭載される蓄電デバイスでは、エネルギー密度と出力密度の双方を高めることが求められている。
【０００３】
また、従来では、低出力密度／高エネルギー密度型（低出力高エネルギー密度型）のリチウムイオン電池と、高出力密度／低エネルギー密度型（高出力低エネルギー密度型）のＥＤＬＣ（電気二重層コンデンサ）とを用いた電源システムが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リチウムイオン電池等の低出力密度／高エネルギー密度型の蓄電デバイスでは、出力を大きくしようとした場合には、内部抵抗により発熱して温度が上昇し、劣化を加速させる。
【０００５】
開示の技術は、上記事情に鑑みて成されたものであり、低出力密度／高エネルギー密度型の蓄電デバイスの劣化を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の技術は、エネルギー密度が高く出力密度が低い第一の蓄電デバイスと、出力密度が高くエネルギー密度が低い第二の蓄電デバイスと、を有する蓄電システムであって、前記第二の蓄電デバイスは、炭素を含み、少なくともアニオンを吸蔵／放出する正極と、金属リチウム及び/又はリチウムイオンを吸蔵／放出する負極と、からなる非水電解液蓄電デバイスである。
【発明の効果】
【０００７】
低出力密度／高エネルギー密度型の蓄電デバイスの劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一般的な蓄電デバイスのエネルギー密度と出力密度の関係を示す図である。
【図２】デュアルイオン電池と電気二重層コンデンサの出力密度特性を示す図である。
【図３】第一の実施形態の蓄電システムを説明する図である。
【図４】第二の実施形態の蓄電システムを説明する図である。
【図５】第二の実施形態の制御回路の機能を説明する図である。
【図６】第二の実施形態の蓄電システムの動作を説明するフローチャートである。
【図７】第二の実施形態の蓄電システムの動作を説明する図である。
【図８】第三の実施形態の蓄電システムを説明する図である。
【図９】第三の実施形態の制御回路の機能を説明する図である。
【図１０】第三の実施形態の蓄電システムの動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第三の実施形態の蓄電システムの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一の実施形態）
以下に図面を参照して第一の実施形態について説明する。図１は、一般的な蓄電デバイスのエネルギー密度と出力密度の関係を示す図である。
【００１０】
一般的な蓄電デバイスは、図１に示すように、エネルギー密度が高いほど出力密度は低くなり、出力密度が高いほどエネルギー密度は低くなる。図１の領域Ｒ１は、出力密度が高く、エネルギー密度の低い高出力低エネルギー密度の蓄電デバイスの特性を示す領域である。また、図１の領域Ｒ２は、出力密度が低く、エネルギー密度の高い低出力高エネルギー密度の蓄電デバイスの特性を示す領域である。
【００１１】
このように、一般的な蓄電デバイスでは、エネルギー密度と出力密度とは、トレードオフの関係となっている。
【００１２】
そこで、本実施形態では、エネルギー密度が高い蓄電デバイスであるリチウムイオン電池（Lithium-Ion rechargeable Battery; ＬＩＢ）と、出力密度が高い蓄電デバイスであるデュアルイオン電池（Dual Ion Battery；ＤＩＢ）とを、組み合わせた蓄電システムを実現する。
【００１３】
本実施形態では、出力密度が高い蓄電デバイスであるデュアルイオン電池をリチウムイオン電池と組み合わせることで、リチウムイオン電池の出力を小さく抑えたまま、蓄電システムとしての出力を大きくすることができる。つまり、本実施形態によれば、リチウムイオン電池の温度の上昇を抑制することができ、劣化を抑制できる。
【００１４】
本実施形態のデュアルイオン電池とは、炭素を含み、少なくともアニオンを吸蔵・放出可能な正極と、金属リチウム及び/又はリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極からなる非水電解液蓄電デバイスである。
【００１５】
本実施形態では、出力密度が高い蓄電デバイスとして、デュアルイオン電池を用いることで、従来から出力密度が高い蓄電デバイスとして知られている電気二重層コンデンサ（Electric double-layer capacitor：ＥＤＬＣ）を用いた場合と比較して、長い時間高出力を得ることができる。以下に、図２を参照してその理由について説明する。
【００１６】
図２は、デュアルイオン電池と電気二重層コンデンサの出力密度特性を示す図である。尚、図２に示すデュアルイオン電池と電気二重層コンデンサのそれぞれの出力密度は、日本電動車両規格（Japan Electric Vehicle Standard）で定められたハイブリッド電気自動車用密閉形ニッケル・水素電池の出力密度及び入力密度試験方法（規格番号JEVS D713）により、測定した結果のデータである。
【００１７】
具体的には、出力特性データの測定では、特定の充電状態（ＳＯＣ）において、電流レート１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、１０Ｃの放電電流パルスを１０秒間かけた際の電圧降下を計測する。そして、計測した電圧降下の直線近似により得られた直線を、放電終止電圧まで引っ張った際の最大出力を計算する。尚、電流レート１Ｃとは、公称容量値の二次電池を定電流で放電し、所定時間で放電終了となる電流値である。
【００１８】
図２に示すように、デュアルイオン電池の出力密度は、電気二重層コンデンサと比較して大きい。
【００１９】
これは、電気二重層コンデンサは、その機構上、放電するとその分電圧が低くなることが主たる原因となっている。
【００２０】
電気二重層コンデンサは、１秒以内程度の出力は高い値が期待できるものの、１０秒間の出力値となるとそれほど大きな値とはならないことがわかった。さらに、電気二重層コンデンサは、その容量（エネルギー密度）が非常に小さいため（数Ｗｈ/ｋｇ）、１０秒間の放電に耐えられない側面もある。
【００２１】
つまり、電気二重層コンデンサは、１秒以内の瞬時の用途に対しては、大きい値を出力できるが、移動体の加速等のように１０秒程度続く用途に、継続して大きい値を出力することができず、不向きと言える。
【００２２】
そこで、本実施形態では、出力密度が高い蓄電デバイスとして、デュアルイオン電池を用いることで、移動体等の１０秒程度の間継続した出力が求められる用途にも適用できるようにした。
【００２３】
以下に、図３を参照して第一の実施形態の蓄電システムについて説明する。図３は、第一の実施形態の蓄電システムを説明する図である。
【００２４】
本実施形態の蓄電システム１００は、例えばインバータ２００を介してモータ３００と接続されており、モータ３００に対して電力を供給する。
【００２５】
尚、図３の例では、蓄電システム１００の負荷をインバータ２００とモータ３００としているが、これに限定されない。本実施形態の蓄電システム１００は、消費電力が変動する負荷であれば、どのような負荷でも適用することができる。
【００２６】
本実施形態の蓄電システム１００は、リチウムイオン電池１１０と、デュアルイオン電池１２０と、を有する。
【００２７】
リチウムイオン電池１１０は、エネルギー密度が高く出力密度が低い蓄電デバイスであるため、以下の説明では、高エネルギー蓄電デバイス１１０と呼ぶ。尚、本実施形態では、高エネルギー蓄電デバイス１１０は、リチウムイオン電池としているが、これに限定されない。高エネルギー蓄電デバイス１１０は、エネルギー密度が高く出力密度が低い蓄電デバイスであれば良い。
【００２８】
デュアルイオン電池１２０は、出力密度が高くエネルギー密度が低い蓄電デバイスであるため、高出力蓄電デバイス１２０と呼ぶ。
【００２９】
蓄電システム１００において、高エネルギー蓄電デバイス１１０と高出力蓄電デバイス１２０とは、並列に接続されている。
【００３０】
本実施形態では、高エネルギー蓄電デバイス１１０と高出力蓄電デバイス１２０を単純に並列接続しているので、両蓄電デバイス間で電流のやり取りがあり、両蓄電デバイスの電圧は同じになるようになる。
【００３１】
具体的には、例えば高エネルギー蓄電デバイス１１０は、平均の電池電圧が３．７Ｖのリチウムイオン電池を７セル分直列に接続したものとし、高出力蓄電デバイス１２０は、平均の電池電圧が３．３Ｖのデュアルイオン電池を８セル分直列に接続したものとする。
【００３２】
すると、高エネルギー蓄電デバイス１１０の電圧Ｖ１の平均電圧は、３．７×７＝２５．９Ｖとなり、高出力蓄電デバイス１２０の電圧Ｖ２の平均電圧は、３．３×８＝２６．４Ｖとなる。
【００３３】
ここで、リチウムイオン電池は、充電されることにより電池電圧が４．２Ｖまで上昇し、放電されることにより電池電圧が２．５Ｖまで下降する。したがって、高エネルギー蓄電デバイス１１０の電圧Ｖ１は、最大値が２９．４Ｖであり、最小値が１７．５Ｖとなる。
【００３４】
したがって、本実施形態では、高出力蓄電デバイス１２０の電圧Ｖ２の最大値が２９．４Ｖ未満となり、電圧Ｖ２の変動の範囲が、１７．５Ｖ〜２９．４Ｖの範囲内となるように、高エネルギー蓄電デバイス１１０の有するリチウムイオン電池のセル数と、高出力蓄電デバイス１２０の有するデュアルイオン電池のセル数とを合わせている。
【００３５】
以下に、本実施形態の蓄電システム１００の動作について説明する。本実施形態の蓄電システム１００では、モータ３００から要求される電力が、高エネルギー蓄電デバイス１１０からの出力のみで賄える場合には、結果的に高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流がモータ３００に供給されることになる。
【００３６】
また、本実施形態の蓄電システム１００では、モータ３００から要求される電力が高エネルギー蓄電デバイス１１０からの出力のみで賄えなくなると、高出力蓄電デバイス１２０からの出力を主力として使用するようになる。そして、蓄電システム１００は、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流に、高出力蓄電デバイス１２０から出力される電流を加算した電流を、モータ３００に供給する。
【００３７】
つまり、本実施形態の蓄電システム１００では、蓄電システム１００に接続された負荷が小さい場合には、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流のみを負荷に供給する。そして、蓄電システム１００では、負荷が大きくなると、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流に、高出力蓄電デバイス１２０から出力された電流を加算した電流を負荷に供給する。
【００３８】
言い換えれば、本実施形態の蓄電システム１００では、負荷が大きくなった場合には、高出力蓄電デバイス１２０がこの変動に対して応答するため、高エネルギー蓄電デバイス１１０は、負荷の大きな変動に応答しなくても良い。したがって、本実施形態の蓄電システム１００では、蓄電システム１００に接続された負荷に変動があった場合でも、高エネルギー蓄電デバイス１１０に対する負荷は小さいままとすることができる。よって、本実施形態によれば、高エネルギー蓄電デバイス１１０の温度の上昇を抑え、劣化を抑制することができる。
【００３９】
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、蓄電システムの出力電流に応じて、負荷に電流を供給する蓄電デバイスを切り替える点が、第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００４０】
図４は、第二の実施形態の蓄電システムを説明する図である。
【００４１】
本実施形態の蓄電システム１００Ｂは、高エネルギー蓄電デバイス１１０、高出力蓄電デバイス１２０、コイル１３０、スイッチ素子１４０、制御回路１５０Ａ、スイッチ素子１６０、電流／電圧センサ１７０を有する。
【００４２】
本実施形態のスイッチ素子１６０は、コイル１３０と高エネルギー蓄電デバイス１１０との間に接続されている。
【００４３】
本実施形態の制御回路１５０Ａは、スイッチ素子１４０とスイッチ素子１６０のオン／オフを制御する。
【００４４】
具体的には、制御回路１５０Ａは、コイル１３０と、高出力蓄電デバイス１２０との接続点Ｐ１の電圧が一定となるように、スイッチ素子１４０、１６０のオン／オフを制御する。
【００４５】
制御回路１５０Ａは、電流／電圧センサ１７０が検出する電流／電圧を監視する。そして、制御回路１５０Ａは、電流が所定の閾値以上となったとき、スイッチ素子１４０、１６０をオフさせて、高エネルギー蓄電デバイス１１０とモータ３００との接続を遮断し、高出力蓄電デバイス１２０から出力される電流のみをモータ３００に供給させる。
【００４６】
また、制御回路１５０Ａは、電流／電圧センサ１７０が検出する電流が閾値未満となったとき、スイッチ素子１４０、１６０のオン／オフを制御して、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流をモータ３００に供給する。制御回路１５０Ａの詳細は後述する。
【００４７】
本実施形態のスイッチ素子１４０、１６０は、例えばトランジスタ等で実現される。本実施形態の電流／電圧センサ１７０は、蓄電システム１００Ｂから出力される電流を検出する。
【００４８】
以下に、図５を参照して本実施形態の制御回路１５０Ａについて説明する。図５は、第二の実施形態の制御回路の機能を説明する図である。
【００４９】
本実施形態の制御回路１５０Ａは、例えば制御回路１５０Ａが内蔵する記憶装置等に格納されたプログラムを実行することで、後述する各部の機能を実現しても良い。
【００５０】
本実施形態の制御回路１５０Ａは、電流監視部１５１、切替判定部１５２、信号出力部１５３、閾値記憶部１５４を有する。
【００５１】
電流監視部１５１は、電流／電圧センサ１７０が検出する電流の値を監視する。切替判定部１５２は、電流監視部１５１が監視している電流の値に基づき、スイッチ素子１６０のオン／オフを切り替えるか否かを判定する。
【００５２】
信号出力部１５３は、切替判定部１５２によるオン／オフの切替の判定結果に応じた信号を、スイッチ素子１６０に対して出力する。
【００５３】
閾値記憶部１５４は、切替判定部１５２による切替の判定の際に参照される閾値を記憶する。この閾値は、予め設定されて、閾値記憶部１５４に格納された値である。
【００５４】
また、本実施形態の閾値は、例えば高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力することが可能な電流の値であって、且つ、この値の電流を高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力しても、高エネルギー蓄電デバイス１１０の温度の上昇を抑えられる程度の電流の値である。閾値に該当する電流の値は、例えば蓄電システム１００Ｂに接続される負荷の大きさや、高エネルギー蓄電デバイス１１０の構成によって異なる。
【００５５】
次に、図６を参照して本実施形態の蓄電システム１００Ｂの動作について説明する。図６は、第二の実施形態の蓄電システムの動作を説明するフローチャートである。尚、図６に示す処理は、制御回路１５０Ａにより、所定間隔で繰り返し実行される処理である。
【００５６】
本実施形態の蓄電システム１００Ｂにおいて、制御回路１５０Ａは、電流監視部１５１により、電流／電圧センサ１７０が検出する電流を監視する（ステップＳ６０１）。続いて、制御回路１５０Ａは、切替判定部１５２により、電流の値が閾値記憶部１５４に記憶された閾値以上となったか否かを判定する（ステップＳ６０２）。
【００５７】
ステップＳ６０２において、閾値以上となった場合、切替判定部１５２は、信号出力部１５３に対してスイッチ素子１６０をオフさせる信号を出力させ、高エネルギー蓄電デバイス１１０とモータ３００との接続を遮断させ（ステップＳ６０３）、処理を終了する。
【００５８】
ステップＳ６０２において、閾値以上でない場合、つまり、閾値未満の場合、制御回路１５０Ａは、高エネルギー蓄電デバイス１１０がモータ３００と接続されているか否かを判定する（ステップＳ６０４）。つまり、ここでは、制御回路１５０Ａは、スイッチ素子１６０がオフとされた状態であるか否かを判定している。
【００５９】
ステップＳ６０４において、高エネルギー蓄電デバイス１１０とモータ３００とが接続されていた場合、そのまま処理を終了する。この場合は、電流／電圧センサ１７０が検出した電流が閾値未満であり、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力された電流をモータ３００に供給できる状態が継続していることを示している。
【００６０】
ステップＳ６０４において、高エネルギー蓄電デバイス１１０とモータ３００とが接続されていない場合、切替判定部１５２は、信号出力部１５３により、スイッチ素子１６０をオンとする信号を出力させる（ステップＳ６０５）。言い換えれば、制御回路１５０Ａは、高エネルギー蓄電デバイス１１０とモータ３００とを接続させる。
【００６１】
この場合は、電流／電圧センサ１７０が検出した電流が一度閾値を超え、高出力蓄電デバイス１２０から出力された電流のみがモータ３００へ供給されていた状態から、電流が閾値未満となったことで、再び高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流がモータ３００に供給される状態となったことを示す。
【００６２】
本実施形態では、以上のように、蓄電システム１００Ｂから負荷に対して大きい電流を供給する必要がある場合には、高エネルギー蓄電デバイス１１０の接続を遮断し、高出力蓄電デバイス１２０からのみ、電流を負荷に供給させる。
【００６３】
したがって、本実施形態によれば、負荷が大きくなった場合でも、高エネルギー蓄電デバイス１１０は閾値以上の電流を出力しないため、高エネルギー蓄電デバイス１１０の温度の上昇を抑え、劣化を抑制することができる。
【００６４】
以下に、図７を参照して、本実施形態の具体例について説明する。図７は、第二の実施形態の蓄電システムの動作を説明する図である。
【００６５】
図７（Ａ）は、図７（Ｂ）に示すフォークリフトに駆動時において、蓄電システム１００Ｂから出力される電流と、時間との関係を示している。図７（Ｂ）は、フォークリフトの一例を示している。
【００６６】
図７（Ｂ）に示すフォークリフト８１には、本実施形態の蓄電システム１００Ｂが搭載されており、モータ３００は、例えばフォークリフト８１の荷台を動かすモータ等である。
【００６７】
例えばフォークリフト８１において、荷台に荷物を搭載して持ち上げようとしたとき、大きな力が必要となり、蓄電システム１００Ｂと接続された負荷が急激に大きくなる。言い換えれば、蓄電システム１００Ｂは、急激に高出力を要求された状態となる。
【００６８】
このとき、蓄電システム１００Ｂでは、高エネルギー蓄電デバイス１１０から負荷に対して電流を供給している、出力される電流が閾値Ｉｔｈを超えると、制御回路１５０Ａにより、高エネルギー蓄電デバイス１１０と負荷との接続が遮断される。
【００６９】
図７の例では、閾値Ｉｔｈを１Ｃとして示している。１Ｃとは、公称容量値の容量を有する電池を定電流放電させ、１時間で放電終了となる電流値である。したがって、例えば蓄電システム１００Ｂの公称容量値が１００Ａｈである場合、１Ｃ＝１００Ａとなる。閾値Ｉｔｈの値は、蓄電システム１００Ｂが搭載される上位の装置や、高エネルギー蓄電デバイス１１０、高出力蓄電デバイス１２０それぞれの構成によって異なる値である。
【００７０】
蓄電システム１００Ｂでは、例えば、電流／電圧センサ１７０が検出した電流が閾値Ｉｔｈに達したタイミングｔ１において、スイッチ素子１６０がオフされて、高エネルギー蓄電デバイス１１０と負荷との接続が遮断される。また、電流／電圧センサ１７０が検出した電流が閾値Ｉｔｈ未満となったタイミングｔ２において、スイッチ素子１６０がオンされて、高エネルギー蓄電デバイス１１０と負荷とが接続される。
【００７１】
したがって、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間は、高出力蓄電デバイス１２０のみ電流が出力されることになる。そのため、高エネルギー蓄電デバイス１１０からは１Ｃ以上の電流は出力されない。
【００７２】
よって、本実施形態によれば、負荷の急激な増大によって、高エネルギー蓄電デバイス１１０の温度上昇の発生を防止でき、高エネルギー蓄電デバイス１１０の劣化を抑制できる。
【００７３】
尚、蓄電システム１００Ｂでは、負荷が急激に大きくなると、温度も急激に上昇する。よって、本実施形態では、例えば制御回路１５０Ａにより、蓄電システム１００Ｂの温度をモニタし、温度が所定の温度以上となったとき、スイッチ素子１４０、１６０をオフさせても良い。
【００７４】
また、例えば蓄電システム１００Ｂの温度の変動が所定の幅を超えたとき、スイッチ素子１４０、１６０をオフさせても良い。
【００７５】
このようにすれば、負荷の急激な増大によって、高エネルギー蓄電デバイス１１０の温度上昇の発生を防止でき、高エネルギー蓄電デバイス１１０の劣化を抑制できる。
【００７６】
（第三の実施形態）
以下に図面を参照して第三の実施形態について説明する。第三の実施形態は、高エネルギー蓄電デバイス１１０と負荷との接続を遮断するスイッチ素子により、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流を制限する点が第二の実施形態と相違する。よって、以下の第三の実施形態の説明では、第二の実施形態との相違点についてのみ説明し、第二の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第二の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００７７】
図８は、第三の実施形態の蓄電システムを説明する図である。
【００７８】
本実施形態の蓄電システム１００Ｃは、高エネルギー蓄電デバイス１１０、高出力蓄電デバイス１２０、コイル１３０、スイッチ素子１４０、１６０、制御回路１５０Ｂ、電流／電圧センサ１７０、電流センサ１８０を有する。
【００７９】
本実施形態の制御回路１５０Ｂは、スイッチ素子１４０、１６０のオン／オフを制御する。また、本実施形態の制御回路１５０Ｂは、電流／電圧センサ１７０が検出する蓄電システム１００Ｃの出力電流、電流センサ１８０が検出する検出電流をモニタリングする。制御回路１５０Ｂの詳細は後述する。
【００８０】
本実施形態の制御回路１５０Ｂは、スイッチ素子１４０、１６０の一定期間におけるオン時間とオフ時間を制御することで、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流を制限する。
【００８１】
次に、図９を参照して本実施形態の制御回路１５０Ｂについて説明する。図９は、第三の実施形態の制御回路の機能を説明する図である。
【００８２】
本実施形態の制御回路１５０Ｂは、電流監視部１５１、閾値記憶部１５４、平均値算出部１５５、閾値判定部１５６、出力決定部１５７を有する。
【００８３】
本実施形態の平均値算出部１５５は、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流の所定時間における平均値を算出する。
【００８４】
具体的には、平均値算出部１５５は、例えば電流センサ１８０の検出電流をモニタする。そして、平均値算出部１５５は、所定時間における電流センサ１８０の検出電流から、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流の所定時間における平均値を算出する。
【００８５】
閾値判定部１５６は、平均値算出部１５５が算出した平均値が、閾値記憶部１５４が記憶している閾値以上であるか否かを判定する。
【００８６】
出力決定部１５７は、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流の値を決定する。具体的には、出力決定部１５７は、平均値算出部１５５が算出した平均値が閾値未満である場合、この平均値を高エネルギー蓄電デバイス１１０の出力とする。言い換えれば、出力決定部１５７は、電流センサ１８０の検出電流を、算出された平均値とするように、スイッチ素子１４０、１６０のオン／オフを制御する。
【００８７】
また、出力決定部１５７は、平均値算出部１５５が算出した平均値が閾値以上である場合、閾値を高エネルギー蓄電デバイス１１０の出力とする。言い換えれば、出力決定部１５７は、電流センサ１８０の検出電流が閾値となるように、スイッチ素子１４０、１６０のオン／オフを制御する。
【００８８】
以下に、図１０を参照して、本実施形態の蓄電システム１００Ｃの動作について説明する。図１０は、第三の実施形態の蓄電システムの動作を説明するフローチャートである。尚、図１０に示す処理は、制御回路１５０Ｂにより、所定間隔で繰り返し実行される処理である。
【００８９】
本実施形態の蓄電システム１００Ｃにおいて、制御回路１５０Ｂは、電流監視部１５１により、電流／電圧センサ１７０が検出する電流を監視する（ステップＳ１００１）。続いて、制御回路１５０Ｂは、平均値算出部１５５により、所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１００２）。ステップＳ１００２において、所定時間が経過していない場合、制御回路１５０Ｂは、ステップＳ１００１へ戻る。尚、所定時間とは、例えば１分間である。
【００９０】
ステップＳ１００２において、所定期間が経過した場合、平均値算出部１５５は、所定時間において、蓄電システム１００Ｃから出力された電流の平均値を算出する（ステップＳ１００３）。平均値の算出の方法は、上述した通りである。
【００９１】
続いて、制御回路１５０Ｂは、閾値判定部１５６により、算出した平均値が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１００４）。
【００９２】
ステップＳ１００４において、平均値が閾値以上であった場合、制御回路１５０Ｂは、出力決定部１５７により、閾値を高エネルギー蓄電デバイス１１０の出力とし（ステップＳ１００５）、処理を終了する。ステップＳ１００４において、平均値が閾値以上でない場合、つまり、平均値が閾値未満の場合、制御回路１５０Ｂは、出力決定部１５７により、平均値を高エネルギー蓄電デバイス１１０の出力とし（ステップＳ１００６）、処理を終了する。
【００９３】
以上の処理により、本実施形態では、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流の値は、直近の所定時間の平均値となる。また、本実施形態では、平均値が閾値を超えた場合には、閾値が高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流の値となる。
【００９４】
したがって、本実施形態によれば、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流の値は、閾値以上とならない。さらに、本実施形態によれば、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流の値を、直近の所定時間の平均値とするため、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流は、負荷の変動に対して緩和的に連動するため、変動が抑制される。
【００９５】
以下に、図１１を参照し、本実施形態の蓄電システム１００Ｃの動作についてさらに説明する。図１１は、第三の実施形態の蓄電システムの動作を説明する図である。
【００９６】
図１１（Ａ）は、図１１（Ｂ）に示す電動アシスト自転車に駆動時において、蓄電システム１００Ｃから出力される電流と、時間との関係を示している。図１１（Ｂ）は、電動アシスト自転車の走行の一例を示している。
【００９７】
図１１（Ｂ）に示す電動アシスト自転車１３１は、本実施形態の蓄電システム１００Ｃを搭載している。図１１（Ａ）は、図１１（Ｂ）に示すように、電動アシスト自転車１３１が、走行を開始し、上り坂と下り坂を走行した場合の電流と、時間との関係を示している。
【００９８】
図１１（Ａ）では、１Ｃを閾値Ｉｔｈとしている。また、図１１（Ａ）において、電流Ｉａは、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流を示しており、電流Ｉｂは、蓄電システム１００Ｃから出力される電流を示している。
【００９９】
本実施形態の蓄電システム１００Ｃの出力である電流Ｉｂは、電動アシスト自転車１３１の走行の状態に応じた負荷に応答するため、負荷の変動と連動する。これに対し、高エネルギー蓄電デバイス１１０の出力である電流Ｉａは、電流Ｉｂの過去の所定時間の平均値とされる。したがって、電流Ｉａは、負荷の変動に逐次連動せず、電流Ｉｂと比較して変動が少ないことがわかる。
【０１００】
また、本実施形態では、高エネルギー蓄電デバイス１１０の出力は、制御回路１５０Ｂにより、電流Ｉａに制限されている。したがって、蓄電システム１００Ｃに対し、電流Ｉａ以上の電流の出力が要求された場合には、高出力蓄電デバイス１２０から電流が出力される。言い換えれば、負荷からの要求電流が、その時の電流Ｉａより急激に大きくなった場合には、蓄電システム１００Ｃは、差分の電流を高出力蓄電デバイス１２０から出力する。
【０１０１】
図１１（Ａ）において、タイミングｔ３１からタイミングｔ３２の期間は、電流Ｉｂが電流Ｉａを超えている。この場合、蓄電システム１００Ｃは、タイミングｔ３１からタイミングｔ３２の期間における電流容量のうち、電流容量Ｓ１は、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される。また、蓄電システム１００Ｃは、タイミングｔ３１からタイミングｔ３２の期間における電流容量のうち、電流容量Ｓ２は、高出力蓄電デバイス１２０から出力されたものとなる。
【０１０２】
また、本実施形態では、高エネルギー蓄電デバイス１１０の出力は、電流Ｉａに維持されるため、電流Ｉｂが電流Ｉａよりも小さくなる場合には、差分の電流が高出力蓄電デバイス１２０に充電される。
【０１０３】
図１１（Ａ）において、タイミングｔ３２からタイミングｔ３３の期間は、電流Ｉａが電流Ｉｂを超えている。この場合、蓄電システム１００Ｃは、タイミングｔ３２からタイミングｔ３３の期間において、高エネルギー蓄電デバイス１１０から出力される電流容量のうち、電流容量Ｓ３は負荷に供給され、電流容量Ｓ４は高出力蓄電デバイス１２０へ充電される。
【０１０４】
さらに、図１１（Ａ）において、タイミングｔ３４で電流Ｉａが１Ｃに達すると、電流Ｉａの値は、閾値である１Ｃに維持される。そして、タイミングｔ３５において、電流Ｉａの値が、閾値であり１Ｃ未満になると、電流Ｉａの値は再び平均値に戻る。
【０１０５】
このように、本実施形態の蓄電システム１００Ｃにおいて、高エネルギー蓄電デバイス１１０は、その出力電流を、蓄電デバイス１００Ｃからの出力の平均値に維持するように制御されるため、負荷の変動に対して急激な連動を必要としない。さらに、本実施形態の蓄電システム１００Ｃでは、平均値が閾値に達すると、閾値を自身の出力電流とする。
【０１０６】
したがって、本実施形態の蓄電システム１００Ｃによれば、高エネルギー蓄電デバイス１１０からは閾値以上の電流は出力されず、高エネルギー蓄電デバイス１１０の温度の上昇を抑え、劣化を抑制できる。
【０１０７】
また、本実施形態の蓄電システム１００Ｃでは、負荷に供給される電流が電流Ｉａよりも小さい場合には、差分の電流が高出力蓄電デバイス１２０へ充電される。したがって、本実施形態によれば、高出力蓄電デバイス１２０の電圧を一定に保つことができる。
【０１０８】
高出力蓄電デバイス１２０の電圧を一定に保つことができれば、任意のタイミングで負荷が急減に増大した場合でも、高出力蓄電デバイス１２０の応答により負荷に応じた電流を出力することができる。よって、本実施形態の蓄電システム１００Ｃでは、高エネルギー蓄電デバイス１１０は、負荷の変動に応じた電流を出力する必要がなく、温度の上昇が発生しない程度の電流を常に出力すれば良い。このため、本実施形態の蓄電システム１００Ｃによれば、高エネルギー蓄電デバイス１１０の劣化を抑制できる。
【０１０９】
以上、各実施形態に基づき発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１００、１００Ａ〜１００Ｃ  蓄電システム
１１０  高エネルギー蓄電デバイス
１２０  高出力蓄電デバイス
１３０  コイル
１４０、１６０  スイッチ素子
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ  制御回路
１５１  電流監視部
１５２  切替判定部
１５３  信号出力部
１５４  閾値記憶部
１５５  平均値算出部
１５６  閾値判定部
１５７  出力決定部
１７０  電流／電圧センサ
１８０  電流センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特許第５７９０９３４号公報
【特許文献２】特許第４２３２７５１号公報
【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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