(57)【要約】【課題】  鉛蓄電池の代替品として、自動車、電動カートやアシスト機能付き自転車に搭載可能な蓄電システムを提供する。【解決手段】  大容量コンデンサ１１とその大容量コンデンサ１１の充電電力を放電させるための放電回路１６を、既存の蓄電池の外形規格に合致した寸法形状を有するケース１８に収容させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大容量コンデンサとその大容量コンデンサの充電電力を放電させるための放電回路を、既存の蓄電池の外形規格に合致した寸法形状を有するケースに収容させたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
前記大容量コンデンサを充電するための充電回路をケースに収容させた請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記大容量コンデンサとして、電気二重層コンデンサを用いた請求項１又は２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記放電回路の出力電圧に応じて複数の大容量コンデンサを所定の配列関係でもって設置した請求項１〜３のいず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、蓄電システムに関し、詳しくは、自動車、電動カートやアシスト機能付き自転車の駆動用エネルギー源として使用される蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車エンジンの始動、電動カートやアシスト機能付き自転車におけるモータ駆動用途では、その駆動用エネルギー源として鉛蓄電池を使用しているのが一般的である。例えば電動カートやアシスト機能付き自転車では、図５に示すように充電器１により鉛蓄電池２を充電し、その鉛蓄電池２の充電電力でもって電動モータ３を駆動するようにしている。
【０００３】
この鉛蓄電池２は、負極活物質として鉛、正極活物質として二酸化鉛を用い、電解質として硫酸を用いている。放電すると負極でも正極でも硫酸鉛が生成し、その時の電池の起電力は硫酸の濃度によるが２Ｖ程度である。また、これよりも大きめの電圧を外部から印加すると逆の反応が起こり、硫酸鉛がそれぞれの電極で鉛と二酸化鉛に戻るので、充電可能な二次電池して動作する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した鉛蓄電池２は、充電時間が最大５〜８時間程度と長く、寿命が２〜４年程度と短い。また、鉛蓄電池２は、人体や環境に有害な鉛や硫酸を含んでおり、その鉛蓄電池２の廃棄については環境問題となっている。
【０００５】
近年では、この鉛蓄電池２の代替品として、自動車エンジンの始動、電動カートやアシスト機能付き自転車のモータ駆動用エネルギー源として適用できるような新たな蓄電システムが要望されている。
【０００６】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、鉛蓄電池の代替品として、自動車、電動カートやアシスト機能付き自転車に搭載可能な蓄電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る蓄電システムは、大容量コンデンサとその大容量コンデンサの充電電力を放電させるための放電回路を、既存の蓄電池の外形規格に合致した寸法形状を有するケースに収容させたことを特徴とする。この大容量コンデンサとしては、電気二重層コンデンサを用いることが望ましい。
【０００８】
本発明では、電気二重層コンデンサ等の大容量コンデンサを使用することにより、充電時間の短縮化および長寿命化を図ることができ、従来の鉛蓄電池のような環境問題が起きる懸念はない。また、この大容量コンデンサは、従来の電解コンデンサの１００倍程度の容量を持つため、自動車エンジンの始動、電動カートやアシスト機能付き自転車のモータ駆動用エネルギー源として使用可能である。
【０００９】
この大容量コンデンサの定格電圧は、従来の鉛蓄電池の定格電圧と同等程度の電圧になるように、その電極面積や直並列個数を選定する必要がある。つまり、放電回路の出力電圧に応じて、所定の電極面積を有する複数の大容量コンデンサを所定の配列関係でもって設置することにより、自動車エンジンの始動、電動カートやアシスト機能付き自転車のモータ駆動用エネルギー源として使用可能となる。
【００１０】
大容量コンデンサとその大容量コンデンサの充電電力を放電させるための放電回路を、既存の蓄電池の外形規格に合致した寸法形状を有するケースに収容させたことにより、従来の鉛蓄電池の代替品として、自動車、電動カートやアシスト機能付き自転車に搭載可能となる。
【００１１】
なお、大容量コンデンサを充電するための充電回路をケースに収容させた構造とすれば、その充電回路と放電回路からなる電力変換装置をシステム内に組み込むことが可能となって、外付けの充電器が不要となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大容量コンデンサとその大容量コンデンサの充電電力を放電させるための放電回路を、既存の蓄電池の外形規格に合致した寸法形状を有するケースに収容させたことにより、鉛蓄電池の代替品として、自動車エンジンの始動、電動カートやアシスト機能付き自転車のモータ駆動用エネルギー源として使用可能で、自動車、電動カートやアシスト機能付き自転車に搭載可能な蓄電システムを提供することができると共に、充電時間の短縮化および長寿命化が図れ、鉛蓄電池での環境問題も解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る蓄電システムの実施形態を以下に詳述する。図１は本発明の第一の実施形態を示し、図２は第二の実施形態を示す。これら実施形態では、例えば自動車エンジンの始動、電動カートやアシスト機能付き自転車のモータ駆動用エネルギー源として使用される場合について説明するが、本発明はこれに限定されることなく、電力を供給する他の用途にも適用可能である。
【００１４】
図１に示す第一の実施形態における蓄電システムは、大容量コンデンサ１１とその大容量コンデンサ１１の充放電を制御する電力変換装置１２とで主要部が構成される。大容量コンデンサ１１としては、電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ）等を使用することができる。また、電力変換装置１２は、ＡＣ１００Ｖ用コンセントにより商用電源に接続可能な充電器１３からの入力に対して逆電流防止用ダイオード１４と、その大容量コンデンサ１１の放電によりその充電電力を負荷駆動用電動モータ１５に供給する放電回路１６とで構成されている。
【００１５】
大容量コンデンサ１１は、従来の鉛蓄電池２（図５参照）と比較して、大電流での充電が可能となるために充電時間が短くなる。つまり、鉛蓄電池２の場合であれば、充電時間が５〜８時間程度と長かったのが、電気二重層コンデンサ１１の場合、数十秒〜数分程度と短くなる。また、寿命についても、鉛蓄電池２の場合、２〜４年程度と短かったのが、電気二重層コンデンサ１１の場合、１０年以上と長くなる。さらに、大容量コンデンサ１１を使用することにより、鉛蓄電池２での環境問題も解消する。
【００１６】
電力変換装置１２におけるダイオード１４は、充電器１３への逆電流を阻止するために充電器保護用として設けたものである。この充電器保護用のダイオード１４が充電器自体に内蔵されている場合には、電力変換装置１２に内蔵させる必要はない。また、図２に示す第二の実施形態における蓄電システムのように、電力変換装置１２に充電回路１７を設けることも可能である。このように充電回路１７を電力変換装置１２に内蔵させれば、外付け部品としての充電器１３（図１参照）が不要となる。
【００１７】
第一および第二の実施形態における蓄電システムでは、自動車、電動カートやアシスト機能付き自転車に搭載可能なように、既存の蓄電池、例えば従来の鉛蓄電池２の外形規格に合致した寸法形状を有するケース１８に、前述の大容量コンデンサ１１および電力変換装置１２を収容させた構造としている〔図３（ａ）（ｂ）参照〕。鉛蓄電池２の外形規格は、ＪＩＳに規定されており、例えばＤ５３０１に始動用鉛蓄電池が規定され、Ｄ５３０２に二輪自動車用鉛蓄電池が規定されている。
【００１８】
このように従来の鉛蓄電池２の外形規格に合致したケース１８に大容量コンデンサ１１および電力変換装置１２を内蔵させたことにより、そのケース１８を従来の鉛蓄電池２にそのまま置き換えることができ、従来の鉛蓄電池２の代替品とすることができる。
【００１９】
大容量コンデンサ１１の定格電圧は、従来の鉛蓄電池２の定格電圧と同等程度の電圧に設定され、電力変換装置１２により大容量コンデンサ１１の充放電が制御される。従来の鉛蓄電池２の定格電圧と同等程度の電圧で充放電される大容量コンデンサ１１は、所定の電圧を確保するため、複数個直列で構成することが望ましい。また、容量を増やす場合には、複数個の大容量コンデンサ１１を並列に接続することで対応すればよい。
【００２０】
複数個の大容量コンデンサ１１および電力変換装置１２をケース１８内に収容するに際しては、例えば以下の二つの形態が可能である。まず、図３（ａ）に示すように複数個の大容量コンデンサ１１を所定の間隔をあけて配列させ、その上方に電力変換装置１２の放電回路１６あるいは充電回路１７を実装した基板１９を配置した構造が可能である。また、図３（ｂ）に示すように複数個の大容量コンデンサ１１を所定の間隔をあけて配列させ、電力変換装置１２の基板１９も大容量コンデンサ１１と共に配列させた構造が可能である。
【００２１】
図３（ａ）に示す構造であれば、電力変換装置１２の基板１９が大容量コンデンサ１１の上方に配置されていることから、電力変換装置１２と各大容量コンデンサ１１との接続が容易となると共に、電力変換装置１２と外部端子２０との接続も容易となる。また、図３（ｂ）に示す構造であれば、電力変換装置１２および各大容量コンデンサ１１の相互間に上下方向に開放した空気流通路が形成できるので、良好な放熱性を確保することが容易となる。
【００２２】
ここで、図４（ａ）に示すように従来の鉛蓄電池２の場合、その鉛蓄電池２の出力電圧には、ある程度の定電圧領域があるため、長時間の出力が可能である。これに対して、実施形態で使用する大容量コンデンサ１１の場合、図４（ｂ）に示すように電流の積分が電圧となるので、一定電流を引き出すと電圧変動が大きくなることから使用可能時間が短くなる。そこで、電力変換装置１２の放電回路１６にＤＣ−ＤＣコンバータを適用すれば、そのＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作により、図４（ｃ）に示すように大容量コンデンサ１１からの入力電圧を一定の電圧に変換することができるため、大容量コンデンサ１１のエネルギーを引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る蓄電システムの第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る蓄電システムの第二の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】（ａ）はケース内に内蔵された電力変換装置および電気二重層コンデンサの配置例を示す構成図、（ｂ）は電力変換装置および電気二重層コンデンサの他の配置例を示す構成図である。
【図４】（ａ）は従来の鉛蓄電池の出力を示す電圧特性図、（ｂ）は本発明の電気二重層コンデンサの出力を示す電圧特性図、（ｃ）は電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）の出力を示す電圧特性図である。
【図５】鉛蓄電池を使用した従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１  大容量コンデンサ（電気二重層コンデンサ）
１２  電力変換装置
１６  放電回路
１７  充電回路
１８  ケース
【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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