(57)【要約】【課題】  電気二重層キャパシタセルの静電容量を回復する処理で主回路の切り替えが必要であり、回路構成が複雑であった。【解決手段】  電力を蓄え、蓄えた電力を放電する、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５と、電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５に並列に接続され、電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５の電荷を放電させる複数の放電回路１と、放電回路により放電された一部の電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５に対して、他の電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５から電荷を移動させ、一部の電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５および他の電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５の電圧を揃えるバランス回路２とを備えた。【選択図】      図１
2013201868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を蓄え、蓄えた電力を放電する、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルと、
前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続され、前記電気二重層キャパシタセルの電荷を放電させる複数の放電回路と、
前記放電回路により放電された一部の前記電気二重層キャパシタセルに対して、他の前記電気二重層キャパシタセルから電荷を移動させ、一部の前記電気二重層キャパシタセルおよび他の前記電気二重層キャパシタセルの電圧を揃えるバランス回路と
を備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項２】
一部の前記放電回路を動作させて、一部の前記電気二重層キャパシタセルを放電させる放電工程と、放電された一部の前記電気二重層キャパシタセルに逆電圧が印加されるように、すべての前記電気二重層キャパシタセルを放電動作および充電動作させる逆電圧工程と、一部の前記電気二重層キャパシタセルに逆電圧が印加された後に、前記バランス回路を動作させるバランス工程を実行する制御回路
を備えた請求項１に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項３】
前記バランス回路は、少なくとも一部の前記放電回路により放電される前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続されているトランス共通巻線と、
入り切り動作して前記トランス共通巻線に交流電圧を印加するトランス部スイッチング素子と、
前記トランス共通巻線と磁気的に結合されて電磁誘導で交流電圧が発生する前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続された複数のトランス巻線と、
前記トランス巻線と直列に接続され、前記トランス巻線に流れる電流を、前記電気二重層キャパシタセルを充電する方向にだけ流すトランス部ダイオードと
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項４】
前記バランス回路に、前記トランス巻線および前記トランス部ダイオードと直列に接続され、前記トランス巻線を介して前記電気二重層キャパシタセルの電圧を揃えるときに入りにされるトランス巻線部スイッチング素子
をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項５】
すべての前記トランス巻線が１個の前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項６】
複数の前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続されている前記トランス巻線を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項７】
前記バランス回路は、隣接する前記電気二重層キャパシタセルの電圧を揃える複数のインダクタ回路
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項８】
前記インダクタ回路は、電圧を揃える対象である直列に接続された偶数個の前記電気二重層キャパシタセルであるバランス対象セル集合を同数の２つの集合に分割する分割点に一方の端子が接続されるインダクタと、
前記分割点に接続されていない前記インダクタの端子である非セル側端子に一方の端子が接続され、もう一方の端子が前記バランス対象セル集合の一端に接続され、前記バランス対象セル集合の電圧を揃える時に入り切り動作する第１のスイッチング素子と、
前記非セル側端子に一方の端子が接続され、もう一方の端子が前記バランス対象セル集合のもう一端に接続され、前記バランス対象セル集合の電圧を揃える時に前記第１のスイッチング素子と交互に入りになるように入り切り動作する第２のスイッチング素子と
を有することを特徴とする請求項７に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項９】
前記放電回路は、前記電気二重層キャパシタセルの電荷を放電させる抵抗と、
前記抵抗と直列に接続されて、入りになることにより前記抵抗を介して放電させる抵抗部スイッチング素子と
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項１０】
すべての前記放電回路が１個の前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか一項に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項１１】
複数の前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続されている前記放電回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか一項に記載の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置。
【請求項１２】
直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルを有するキャパシタモジュールの一部の電気二重層キャパシタセルを放電させる放電工程と、
一部の前記電気二重層キャパシタセルを放電させた状態で前記キャパシタモジュールを放電動作および充電動作させて、放電させた一部の前記電気二重層キャパシタセルに逆電圧を印加する逆電圧工程と、
逆電圧が印加された一部の前記電気二重層キャパシタセルに他の前記電気二重層キャパシタセルから電荷を移動させて、一部の前記電気二重層キャパシタセルの電圧を他の前記電気二重層キャパシタセルの電圧と揃えるバランス工程と
を有する電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法。
【請求項１３】
一部の前記電気二重層キャパシタセルを放電させる前記放電工程と、前記一部の前記電気二重層キャパシタセルを含まない前記電気二重層キャパシタセルに対する前記バランス工程とを同時に実行することを特徴とする請求項１２に記載の電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法。
【請求項１４】
逆電圧が印加された一部の前記電気二重層キャパシタセルに、次に放電させる他の一部の前記電気二重層キャパシタセルから電荷を移動させる放電前バランス工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エレベータの巻き上げ機や電気自動車等のモータの回生電力を充電し、充電した電力を放電してモータを動かす電力の一部とする電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置および電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、活性炭の細孔にイオンが出入りすることで形成される電気二重層で充放電を行う蓄電デバイスであり、化学反応を伴わないため、サイクル寿命に優れていることが知られている。
【０００３】
しかしながら、活性炭の細孔には、イオンが有機溶媒（プロピレンカーボネート等）の分子を伴って出入りするため、その繰り返しによって、有機溶媒が一部酸化または還元されて、活性炭の細孔からイオンが出入りし難くなる現象が知られている。
【０００４】
正極の活性炭の細孔にはマイナスイオンが出入りし、負極の活性炭の細孔にはプラスイオンが出入りするが、逆電圧をかけると、正極の活性炭の細孔のマイナスイオンは有機溶媒と共にすべて排出され、逆に、プラスイオンが入ってくる。すなわち、逆電圧により正極の活性炭の細孔は一度きれいにクリーニングされることになる。負極の活性炭の細孔についても同様に、逆電圧をかけると、負極の活性炭の細孔のプラスイオンは有機溶媒と共にすべて排出され、逆に、マイナスイオンが入ってくる。すなわち、逆電圧により負極の活性炭の細孔は一度きれいにクリーニングされることになる。
【０００５】
このように、電気二重層キャパシタには、逆電圧をかけるとリフレッシュされて、低下していた性能が本来の性能に戻るという電池にはない現象がある。これは、化学反応ではなく物理反応によって充放電される電気二重層キャパシタ特有の現象である。電気二重層キャパシタセルの耐電圧は３Ｖ程度であり、電圧の極性によらず耐電圧は同じなので、−３Ｖまで逆電圧をかけても劣化等の問題は生じない。
【０００６】
電気二重層キャパシタセルの、逆電圧をかけるとリフレッシュされて、低下していた性能が本来の性能に戻るという現象を利用する試みはいくつか行われている。
【０００７】
従来においては、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルを有するキャパシタモジュール全体を、逆方向極性で一定時間の課電を行って完全放電するセル電圧均等化方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、このような方法では、キャパシタモジュール全体を逆電圧で充電するための電源が新たに必要になると共に、切り替え回路で直流電源を切り替えなければならないので、直流遮断器が必要である。交流遮断器は、電圧がゼロになるゼロ点を見極めて遮断するので、アークを発生する恐れが少ないが、直流遮断器は、ゼロ点が存在しないので、アークが飛ぶ恐れが高く、アーク対策のために一般に、大型になり高コストになる。
【０００９】
さらに、キャパシタモジュールの静電容量を回復させるためには、完全放電、回路切り替え、外部電源による充電（逆方向）、完全放電、回路切り替え、外部電源による充電（正方向）、という多くのステップが必要で、外部電源による充電を２回も行い、これを２回も抵抗で放電させるので、エネルギーのロスも大きかった。
【００１０】
また、従来の静電容量回復方法として、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルのセルごとに、主回路から切り離し、抵抗と外部電源を用いて、一部の電気二重層キャパシタセルにのみ、抵抗で完全放電させた後、回路を切り替えて外部電源を用いて逆電圧を印加し、再度、抵抗で完全放電させた後、再度、回路を切り替えて外部電源を用いて順電圧を印加して、他の電気二重層キャパシタセルとセル電圧を揃えるという一連の作業を直列に接続されたすべての電気二重層キャパシタセルに対して実施する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
このような電気二重層キャパシタセルの静電容量回復方法によれば、キャパシタモジュール全体を逆電圧で充電するための大容量の電源は必要なく、電気二重層キャパシタセル１セルのみを充電するための電源があればよい。しかしながら、すべての電気二重層キャパシタセルの電流端子に切り替え回路を設ける必要がある。
【００１２】
電気二重層キャパシタセル１セルのみの電圧はわずかであるが、電気二重層キャパシタセルの電流端子には数十Ａ〜数百Ａの大電流が流れる。また、電気二重層キャパシタセルの電流端子の対地電圧はキャパシタモジュール電圧と同じくらい高いので、結局キャパシタモジュール全体の切り替え回路と同程度の直流遮断器をすべての電気二重層キャパシタセルの電流端子に設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１４２３６９号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】国際公開第２００６−００１１９２号公報（第８頁〜第９頁、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の電気二重層キャパシタセルの静電容量を回復させるために逆電圧を加える操作を行うことのできる電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置は、外部電源が必要となると共に、数十Ａ〜数百Ａの大電流が流れる主回路を遮断して切り替える直流遮断器が必要であった。
【００１５】
また、従来の電気二重層キャパシタセルの静電容量を回復させるための回復方法は、完全放電、回路切り替え、外部電源による充電（逆方向）、完全放電、回路切り替え、外部電源による充電（正方向）、という多くのステップが必要で、エネルギーのロスも大きかった。
【００１６】
この発明は、前記のような欠点、問題を解決するためになされたものであり、従来よりも簡単に電気二重層キャパシタセルの静電容量を回復させるために逆電圧を加える操作を行うことのできる電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置および静電容量の回復方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置は、電力を蓄え、蓄えた電力を放電する、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルと、前記電気二重層キャパシタセルに並列に接続され、前記電気二重層キャパシタセルの電荷を放電させる複数の放電回路と、前記放電回路により放電された一部の前記電気二重層キャパシタセルに対して、他の前記電気二重層キャパシタセルから電荷を移動させ、一部の前記電気二重層キャパシタセルおよび他の前記電気二重層キャパシタセルの電圧を揃えるバランス回路と
を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、この発明に係る電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法は、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルを有するキャパシタモジュールの一部の電気二重層キャパシタセルを放電させる放電工程と、一部の前記電気二重層キャパシタセルを放電させた状態で前記キャパシタモジュールを放電動作および充電動作させて、放電させた一部の前記電気二重層キャパシタセルに逆電圧を印加する逆電圧工程と、逆電圧が印加された一部の前記電気二重層キャパシタセルに他の前記電気二重層キャパシタセルから電荷を移動させて、一部の前記電気二重層キャパシタセルの電圧を他の前記電気二重層キャパシタセルの電圧と揃えるバランス工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置によれば、電気二重層キャパシタセルの静電容量を回復させる処理を主回路の切り替えを伴わないで実施することができる。
【００２０】
また、この発明に係る電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法によれば、主回路の切り替えを伴わないで実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置において、一部の電気二重層キャパシタセルを放電させた後の電気二重層キャパシタモジュールの最大充電時の電位を説明する模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置において、一部の電気二重層キャパシタセルを放電させた後の電気二重層キャパシタモジュールの最大放電時の電位を説明する模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置において、電気二重層キャパシタセルに逆電圧を印加することで電気二重層キャパシタセルの静電容量が回復する理由を説明する模式図である。図５（ａ）は、モジュール全体での放電開始直後での満充電された電気二重層キャパシタセルの電極の状態を示し、図５（ｂ）はモジュール全体での放電終了時に逆電圧が印加されるセルの電極の状態を示す。
【図６】この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置において、逆電圧回復処理前後の容量維持率の変化を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置および電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００２３】
実施の形態１
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。なお、以降では、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２４】
図１に示すように、蓄電装置は、直列に接続された複数の電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５と、電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５の電荷を個別に放電するために各セルに並列に設けられた抵抗Ｒ１〜Ｒ５と抵抗部スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ５１がそれぞれ直列接続された直列体である複数の放電回路１と、各セルの電圧を揃えるトランスＴ１および入り切り動作してトランスＴ１の１次側に全セルの電圧に相当する交流電圧を印加させるトランス部スイッチング素子Ｓ１２を有するバランス回路２と、抵抗部スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ５１とトランス部スイッチング素子Ｓ１２の入り切り状態を制御するスイッチング制御回路４とを有する。なお、複数の電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５を直列接続して積層したものを電気二重層キャパシタモジュール３と呼ぶ。電気二重層キャパシタモジュール３は、単にキャパシタモジュールまたはモジュールとも呼ぶ。電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５は、便宜上、それぞれをセルＣ１、セルＣ２、セルＣ３、セルＣ４、セルＣ５とも呼ぶ。電気二重層キャパシタセルを、キャパシタセルまたはセルとも呼ぶ。
【００２５】
蓄電装置は、図１において丸で囲んだ”＋”で示した、電気二重層キャパシタモジュール３のプラス側端子５と、丸で囲んだ”−”で示したマイナス側端子６とで、図示されていない負荷（ここでは、エレベータを駆動するモータとする）に接続される。図１に示す蓄電装置での充電とは、モータが回生ブレーキ状態になり発電して発生する回生電力を蓄電装置が蓄えることである。モータが電力を使用する際には、蓄電装置が放電して、蓄電装置に蓄えられていた電力がモータを動かす電力の一部として消費される。電気二重層キャパシタモジュール３、プラス側端子５およびマイナス側端子６という負荷へまたは負荷からの大電流が流れる部分を主回路と呼ぶ。
【００２６】
トランスＴ１は、一端がトランス部スイッチング素子Ｓ１２に接続されもう一端がマイナス側端子６に接続されたトランス共通巻線Ｗ１１と、トランス共通巻線Ｗ１１と共通の鉄心に巻回されており各セルに並列に設けられたトランス巻線Ｗ１〜Ｗ５と、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５のそれぞれのプラス側の端子と各セルのプラス側の端子の間にそれぞれ設けられた、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５がセルを充電する方向にだけ電流を流すトランス部ダイオードＤ１〜Ｄ５を有する。ここで、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５の巻数はすべて同じであり、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５をすべて足した巻数がトランス共通巻線Ｗ１１の巻数と同じである。したがって、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５のそれぞれとトランス共通巻線Ｗ１１との巻数比は１対５になる。
【００２７】
トランス部スイッチング素子Ｓ１２は、図１ではプラス側端子５とトランス共通巻線Ｗ１１の間に設けた１個のスイッチング素子で図示しているが、複数のスイッチング素子で構成してもよく、図１に図示しないスイッチング素子を有してもよい。入り切り動作してトランス共通巻線Ｗ１に交流電圧を印加できるものであれば、どのような構成でもよい。
【００２８】
電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５は、２０〜５０μｍの厚さのアルミ箔の表面に、ヤシガラを水蒸気賦活して数μｍ程度の大きさにまで粉砕した活性炭微粒子とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはゴム系のバインダーとを混合塗布した電極層を１０〜１００μｍの厚さで形成したものを正極または負極とし、セルロース製の２０〜４０μｍの厚さのセパレータを介して対向して配置し、これを積層または巻回した後、正極端子、負極端子を接続し、アルミラミネート容器または、金属容器に収納して、プロピレンカーボネート等の有機溶媒にＴＥＡＢＦ４（テトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボレート）等の塩を電解質として１ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度で加えたものを電解液として真空含浸して、封止して構成される。
【００２９】
電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５の１セル当たりの容量は、１００Ｆ〜１０００Ｆ程度である。このようなセルを１０セル〜８０セル程度を直列に積層して電気二重層キャパシタモジュールとして用いられる。
【００３０】
電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５には、数十Ａ〜数百Ａの大電流が流されるので、隣接するキャパシタセルの正極端子と負極端子の間は可能な限り短い距離で、可能な限り太くて分厚い金属板で接続される。これは、大電流で充放電した場合の配線によるジュール熱損失を最低限に抑えるためである。
【００３１】
通常、蓄電装置の充放電では電気二重層キャパシタセルには大電流が流れ、１秒以内で充放電が可能だが、逆電圧を発生させるための一部のセルの放電では、数秒から数十秒かけて行う。これは、長い時間をかける方が小さい電流で済むため、最終的にジュール熱を少なくすることができるからである。放電電流が小さいので、放電回路１の配線は、細いコンパクトな配線で十分である。
【００３２】
通常、電気二重層キャパシタセルは定格電圧以上になると、正極および負極で有機溶媒が酸化または還元分解され劣化するので、電気二重層キャパシタセルの端子間には、劣化抑制のために以下の何れかの方法を実行する装置が設けられている。
（ａ）抵抗を常時並列に接続して、常に微量の放電をさせて、定格電圧以上になる確率を減らす（手法１）。
（ｂ）コンパレータとスイッチング素子を用いて、かつ、キャパシタセル電圧をモニターしておいて、上限電圧以上になると、抵抗を介して放電させる（手法２）。
（ｃ）トランスとスイッチング素子を用いて、セル電圧の高いキャパシタセルからセル電圧の低いセルに電力を移動させ、セル電圧を揃える（手法３）。
【００３３】
図１に示す本発明に係る蓄電装置は、手法１と同様な抵抗に直列にスイッチング素子を設けた放電回路と、手法３と同様なバランス回路を備えるものである。
【００３４】
トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５およびトランス共通巻線Ｗ１１についても、流れる電荷の総量は各電気二重層キャパシタセルの電圧の不均衡を補う分だけであり、数秒から数十秒の時間をかけて流すので、電流は小さくなる。したがって、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５およびトランス共通巻線Ｗ１１も、コンパクトで安価なものを使用することができる。
【００３５】
放電回路１およびバランス回路２では大電流が流れないので、抵抗部スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ５１、トランス部スイッチング素子Ｓ１２としては、例えば半導体スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのトランジスタを用いることができる。電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５の電圧が３Ｖ程度とわずかで、スイッチング素子に流れる電流もわずかなので、これらのスイッチング素子はコンパクトで安価なものでよい。
【００３６】
この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置において、電気二重層キャパシタセルの静電容量を回復する方法について、図２、図３に示すキャパシタモジュールの電位を説明する模式図および図４に示す制御手順のフローチャートを用いて説明する。
【００３７】
図２と図３では簡単のため５セルで構成されるモジュールの電位図を示す。図２は、セルＣ３を放電させた後の電気二重層キャパシタモジュールの最大充電時（セル電圧が３．０Ｖ）の電位を説明する模式図である。また、図３は、セルＣ３を放電させた後の電気二重層キャパシタモジュールの最大放電時の電位を説明する模式図である。図４は、この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法の制御手順を示すフローチャートである。
【００３８】
セルＣ３に、逆電圧をかける操作をする場合について説明する。まず、電気二重層キャパシタモジュールの各セルが所定電圧Ｖ１以上になるように充電された状態とする。ここでは、各セルが３．０Ｖであるとする。セルＣ３の抵抗部スイッチング素子Ｓ３１を閉じて、セルＣ３を徐々に放電させる（ステップＳＴ１）。セルＣ３の電圧が例えば約０．１Ｖになると、抵抗部スイッチング素子Ｓ３１を開く（ステップＳＴ２）。このように一部のセル（この場合はセルＣ３）を放電させる動作が電気二重層キャパシタセルの放電工程である。
【００３９】
容量Ｃのキャパシタの電荷をＲの大きさの抵抗を介して放電すると、−ＲＣを時定数とする指数関数でキャパシタの電圧Ｖｃが減少する。指数関数は無限の時間が経過してもゼロにはならないので、キャパシタの電圧Ｖｃが十分にゼロに近い所定値Ｖ２（例えば０．１Ｖ）以下になった時点で、放電を終了させる。なお、キャパシタセルの電圧を計測しないで、所定時間が経過するまで放電させるようにしてもよい。
【００４０】
セルＣ３を放電させた状態で、所定時間の間、通常の充放電動作（モータの電力アシストと電力回生）を行う（ステップＳＴ３）。そうすると、他の電気二重層キャパシタセルが満充電されて最大電圧Ｖmax（図２では３．０Ｖ）になった時にでも、セルＣ３は０．１Ｖにとどまる。また、最大に放電した場合には、他の電気二重層キャパシタセルが最低電圧Ｖmin（図３では１．０Ｖ）になるが、この時、セルＣ３はセル電圧が負になり−１．９Ｖにまで下がる。逆電圧が印加されたセルＣ３は、静電容量が回復する。
【００４１】
図５は、この発明の実施の形態１に係る電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置において、電気二重層キャパシタセルに逆電圧を印加することで電気二重層キャパシタセルの静電容量が回復する理由を説明する模式図である。図５（ａ）は、モジュール全体での放電開始直後での満充電された電気二重層キャパシタセルの電極の状態を示し、図５（ｂ）はモジュール全体での放電終了時に逆電圧が印加されるセルの電極の状態を示す。図では、セパレータを含む正極および負極の断面図において、活性炭の細孔を三角形で表現し、細孔にプラスイオンとマイナスイオンが出入りする様子を模式的に表したものである。
【００４２】
通常時の電気二重層キャパシタセルの最大充電時の図５（ａ）には、正極にはマイナスイオン、負極にはプラスイオンが細孔に押し込められる方向の力が働く。なお、力の大きさは、印加される電圧に比例するので、最大充電時の力が最大になる。イオンを押し込める力が働いている時にイオンと共に細孔に出入りする有機溶媒が酸化または還元分解して膨張すると、有機溶媒およびイオンが細孔から出にくくなり、イオンが細孔に留め置かれた状態になる。これが、静電容量（ファラッド値）の低下につながる。イオンと共に有機溶媒が細孔から除去されれば、静電容量は元の値に戻るので、可逆的な劣化であるが、拡散などにより自然に除去される量はわずかである。
【００４３】
逆電圧時における電気二重層キャパシタセルの最大放電時の図５（ｂ）では、正電圧が印加されていた時に存在していた正極のマイナスイオンは細孔からすべて除去されて、代わりに、プラスイオンが充填される様子が分かる。これによって、細孔がリフレッシュされ、イオンと共に膨張した有機溶媒が細孔から除去されることが分かる。これが、電気二重層キャパシタセルに逆電圧を印加することによって、電気二重層キャパシタセルの静電容量が回復するメカニズムである。
【００４４】
また、キャパシタセルにゼロとは異なると認識できる程度の逆電圧−Ｖ３が発生すれば、そのセルは静電容量が回復していると考えられる。このように一部のセル（この場合はセルＣ３）に逆電圧を印加する状態すなわち逆電圧状態にする動作が電気二重層キャパシタセルの逆電圧工程である。
【００４５】
ここで、放電させたキャパシタセル（放電セル）に逆電圧−Ｖ３を発生させることができるような、放電開始時の電圧の下限値Ｖ１の値について考察する。すべてのキャパシタセルの電圧がＶ１である状態で、一部のキャパシタセルだけ電圧Ｖ２になるまで放電させると、放電セルは、放電していないキャパシタセル（非放電セル）よりもＶ１−Ｖ２だけ電圧が低くなる。非放電セルが最低電圧Ｖminになる時に放電セルがとる電圧Ｖmin2は、以下の式で計算できる。
Ｖmin2＝Ｖmin−Ｖ１＋Ｖ２                            （１）
放電セルの電圧Ｖmin2が−Ｖ３以下であるような放電開始時の電圧の下限値Ｖ１は、以下のようになる。
Ｖmin2＝Ｖmin−Ｖ１＋Ｖ２≦−Ｖ３
Ｖ１≧Ｖmin＋Ｖ２＋Ｖ３                              （２）
【００４６】
放電前に全キャパシタセルの電圧がすべて同じではない、最低電圧Ｖminまで放電されないなどの場合は、（２）式よりも大きい値のＶ１である必要がある。Ｖ３を適切な程度に大きく設定しておくことで、そのような場合でも、キャパシタセルの静電容量を回復できる逆電圧を発生させることができる。
放電させる前にセル電圧を計測してＶ１以上であることを確認するようにしてもよいし、モジュール全体の電圧を計測して、それから求められるセル電圧の平均値がＶ１以上であるようにしてもよい。
【００４７】
Ｖ１以上である放電開始時の電圧Ｖstartに応じて、放電終了時の電圧Vendを変化させるようにしてもよい。放電開始時の電圧Ｖstartの放電セルを電圧Vendまで放電させた場合に、非放電セルが最低電圧Ｖminになる時の放電セルの電圧をＶmin3とすると、（１）式と同様に、以下のようになる。
Ｖmin3＝Ｖmin−Ｖstart＋Ｖend                        （３）
放電セルの電圧Ｖmin3が−Ｖ３以下であるようにするためのVendに対する条件は、以下のようになる。
Ｖmin3＝Ｖmin−Ｖstart＋Ｖend≦−Ｖ３
Ｖend≦Ｖstart−Ｖmin−Ｖ３                          （４）
このように、放電開始時の電圧に応じて、逆電圧を印加させるのに必要最小限の放電をさせるようにすることで、放電に要する時間を短縮できる。
【００４８】
蓄電装置の充放電動作を開始してから所定の時間が経過した後に（ステップＳＴ４）、トランス部スイッチング素子Ｓ１２を、例えば１００ｋＨｚ程度の高周波で入り切り動作させる。すると、トランス共通巻線Ｗ１１には、全セルの電圧とゼロ電圧とを交互にとる交流電圧が印加されることになる。トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５とトランス共通巻線Ｗ１１とは共通の鉄心に巻回されており、磁気的に結合しているので、トランス共通巻線Ｗ１１に交流電圧が印加されると、電磁誘導によりトランス巻線Ｗ１〜Ｗ５に巻数比に応じた交流電圧が発生する。
【００４９】
トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５の巻数はすべて同じであり、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５の巻数の和がトランス共通巻線Ｗ１１の巻数と同じなので、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５の発生電圧の和はトランス共通巻線Ｗ１１に印加する電圧と同じになる。したがって、トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５の電圧は、トランス共通巻線Ｗ１１に印加する電圧を全セル数で割った値、すなわち全セルの平均電圧に相当する電圧が発生する。
【００５０】
トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５で発生する電圧が、セルＣ３の電圧よりも高くなると、トランス部ダイオードＤ３が導通して、トランス巻線Ｗ３からセルＣ３へ電流が流れ、セルＣ３の電圧が高くなる。セルＣ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５の電圧はトランス巻線Ｗ１〜Ｗ５で発生する電圧よりも高いので、トランス巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ４，Ｗ５には電流は流れない。
【００５１】
トランスＴ１の２次側巻線であるトランス巻線Ｗ３に電流が流れると、磁束を変化しないようにする電流がトランス共通巻線Ｗ１１にも流れる。この実施の形態１では、トランス巻線Ｗ３とトランス共通巻線Ｗ１の巻数比は１対５なので、トランス共通巻線Ｗ１に流れる電流は、トランス巻線Ｗ３に流れる電流の５分の１である。トランス共通巻線Ｗ１に流れる電流はセルＣ１〜Ｃ５全体から供給されるので、セルＣ１〜Ｃ５の電圧は同じように低下する。以上の動作により、セルＣ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５の電荷がセルＣ３に移動し、セルＣ３とセルＣ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５の電圧差が減少する。
【００５２】
全セルの平均電圧とセルＣ３の電圧の差が、トランス部ダイオードＤ３をオンさせるのに必要な電圧未満になるまで、同様な動作が繰り返されて、セルＣ１〜Ｃ５の電圧がほぼ同じに揃えられる。すべての電気二重層キャパシタセルＣ１〜Ｃ５の電圧をほぼ同じにする動作にかける所定時間は数十秒程度もあれば十分である（ステップＳＴ６）。このように電圧が平均未満のセルに平均以上の電圧のセルから電荷を移動させて、全セルの電圧をほぼ同じに揃える（バランスさせる）動作がバランス工程である。以上のように、放電工程、逆電圧工程、バランス工程を実施することで、一部の電気二重層キャパシタセルＣ３の静電容量を回復させることができる。放電工程、逆電圧工程、バランス工程のどの工程も主回路の切り替えを伴わず、外部電源も不要である。
【００５３】
このような放電工程、逆電圧工程、バランス工程を実行することは、スイッチング制御回路４が各工程で対応するスイッチング素子を、その工程で必要な状態を取るように制御することでなされる。つまり、スイッチング制御回路４は、放電工程、逆電圧工程、バランス工程を実行する制御回路である。
【００５４】
トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５の巻線と和をトランス共通巻線Ｗ１１の巻数よりも少し大きくしてやれば、全セルの平均電圧よりも少し大きい電圧がトランス巻線Ｗ１〜Ｗ５に発生し、トランス部ダイオードをオンさせるのに必要な電圧が無視できない大きさであっても、確実に全キャパシタセルの電圧を揃えることができる。
【００５５】
逆電圧工程の終了時点でセルＣ３が逆電圧状態である場合は、バランス工程の前に、抵抗部スイッチング素子Ｓ３１を閉じて、セルＣ３を放電させても良い。そうすれば、バランス工程で、他の電気二重層キャパシタセルから移動させなければならない電荷量を減らすことができる。
【００５６】
この実施の形態１では、５個の電気二重層キャパシタセルを有する蓄電装置で説明したが、セルの数が多くなっても同様に動作する。キャパシタセルの数が多く、１個ずつのキャパシタセルの静電容量を回復させると、全キャパシタセルの静電容量を回復させるための時間が許容限度を超える場合は、複数のキャパシタセルを同時に放電させ、同時に逆電圧を印加し、他のキャパシタセルと電圧を揃えるようにしてもよい。同時に放電させ逆電圧をかけるキャパシタセルのグループの数を適切にしてやれば、全キャパシタセルの静電容量を回復させる処理に要する時間を適切にできる。
【００５７】
実際に、図１に示す５セルで構成されたキャパシタモジュールを用いて、セルの静電容量を回復させた実験の結果を図６に示す。図６では、セルの電圧変化が、３．０Ｖから１．０Ｖまでの範囲の充放電を、３秒充電、３秒放電の周期で繰り返し、途中でセルの静電容量を回復する処理を行った場合の、静電容量の変化を示している。横軸が実験開始からの経過時間であり、縦軸がセルの静電容量の実験開始時点での静電容量に対する割合である容量維持率である。図において、静電容量の回復処理を上向きの矢印で示す。なお、電気二重層キャパシタセルとしては、２００Ｆ、０．２ΩＦ級の瞬発性の高い積層形の電気二重層キャパシタセルを５セル直列に接続して試験を行った。
【００５８】
比較的短時間での充放電を繰り返しているために静電容量は、２０時間程度で約８０％にまで低下している。通常、容量維持率が８０％まで低下した場合が電気二重層キャパシタセルの寿命とされている。ここでは、より静電容量が低下した場合であっても、キャパシタセルに逆電圧を印加することで静電容量が回復できることを示すために、容量維持率が５０％程度に低下した後で、初回の静電容量の回復処理を実施した。
【００５９】
逆電圧による回復処理を行うことで、容量維持率が５０％程度まで低下した場合であっても９０％近くまで回復していることがわかる。以後は、１０時間程度ごとに回復処理を実施すれば、容量維持率が８０％程度以上の状態を保って、蓄電装置として充放電させることができる。
【００６０】
５セルで構成されたキャパシタモジュールによる実験では、放電されたセルがある状態で１０秒程度の通常の充電動作および放電動作をさせれば、放電されたセルの静電容量が回復し、それ以上長時間継続しても、効果は変わらない。
【００６１】
バランス回路において、スイッチング素子が高周波（１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）で動作しているため、バランス回路が動作している状態で蓄電装置の主回路に充放電の電流が流れても、バランス回路であるトランスには充放電の大電流は流れない。したがって、バランス回路が動作している時も動作していない時と同様に、蓄電装置として充放電させて使用できる。
【００６２】
静電容量を回復させる処理は、蓄電装置の通常の充放電の動作を利用しているので、蓄電装置が全く使用されない時間帯には、回復処理は実施できない。また、静電容量を回復させる処理中のキャパシタセルが存在する場合には、それらのセルの電圧が低下している分だけ、蓄電装置の性能が低下している。蓄電装置をフル稼働させる時間帯に、回復処理は実施することは、エネルギー効率上で望ましくない。したがって、フル稼働時間帯以外であってある程度の蓄電装置の使用が見込まれる時間帯に、回復処理をすることが望ましい。
【００６３】
回復処理は、定期的に実施してもよいし、キャパシタモジュールの静電容量をチェックして、静電容量が所定値未満である場合に、実施するようにしてもよい。静電容量を回復させる際に処理するキャパシタセルの順番は、セル電圧を計測するなどして、セル電圧が高いものから処理するようにしてもよいし、あらかじめ決めた順番にしてもよい。セル電圧を利用しないで処理するキャパシタセルの順番を決める場合には、各キャパシタセルの電圧を計測する電圧計は不要である。
【００６４】
放電回路をキャパシタセルごとに設けたが、複数のキャパシタセルの電荷を同時に放電するように、複数のキャパシタセルに並列に設けた放電回路を有するようにしてもよい。トランス巻線をキャパシタセルごとに設けたが、複数のキャパシタセルを同時に充電するように、複数のキャパシタセルに並列に設けたトランス巻線を有するようにしてもよい。１個のトランスで全キャパシタセルの電圧を揃えたが、複数個の一部のキャパシタセルの電圧を揃えるトランスを備え、全キャパシタセルがどれかのトランスの電圧を揃える対象に含まれるようにしてもよい。
【００６５】
バランス工程を実施する際に、電圧をバランスさせる対象から次に放電させる一部のキャパシタセルを除外して、バランスさせない一部のキャパシタセルに対して放電工程をバランス工程と同時に実施してもよい。そうすることで、全キャパシタセルの静電容量を回復させる処理を、より短時間に実施できる。
以上のことは、他の実施の形態に対しても当てはまる。
【００６６】
実施の形態２．
図７は、この発明を実施するための実施の形態２における電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。なお、以降では、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００６７】
この実施の形態２は、一部のキャパシタセルの電荷を放電する放電工程と、放電工程で放電される一部のキャパシタセルを含まないキャパシタセルに対してバランス工程を実施するようにした場合である。そのために、各トランス巻線Ｗ１〜Ｗ５に直列にトランス巻線部スイッチング素子Ｓ１０〜Ｓ５０を設けている。スイッチング制御回路４Ａは、トランス巻線部スイッチング素子Ｓ１０〜Ｓ５０の入り切り状態も制御する。トランス巻線部スイッチング素子が有るので、トランス巻線部スイッチング素子が切をすることにより、それに並列なキャパシタセルの電圧が平均よりも低くてもトランスＴ１により充電されないようにできる。逆に、キャパシタセルに電荷を移動させて電圧を揃える場合には、トランス巻線部スイッチング素子を入りにする。トランス巻線部スイッチング素子は、３Ｖ程度の電圧が印加されるだけで、電流もわずかなので、他のスイッチング素子と同様に、コンパクトで安価なものでよい。
【００６８】
この発明の実施の形態２に係る蓄電装置での電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法を説明する。
この実施の形態２では、１回目の放電工程と逆電圧工程は、実施の形態１と同じである。２回目の放電工程の対象となるキャパシタセル（放電中セルと呼ぶ）では、抵抗部スイッチング素子を入りにする際に、トランス巻線部スイッチング素子を切りにする。他のキャパシタセルでは、抵抗部スイッチング素子が切りであり、トランス巻線部スイッチング素子が入りである。この状態で、トランス部スイッチング素子Ｓ１２を入り切り動作させて、放電中セル以外のキャパシタセルの電圧をバランスさせる。つまり、放電工程とバランス工程を同時に実行する。２回目以降でも逆電圧工程は、実施の形態１と同じである。２回目以降のバランス工程は、それぞれ次回の放電工程と同時に実施する。こうすることにより、放電工程とバランス工程を同時に実施しない場合と比較して、全キャパシタセルの静電容量を回復させる処理を短時間にできる。
【００６９】
同時に実施する放電工程とバランス工程は、どちらか先に所定の終了条件が満足した方を、その時点で終了させてもよいし、もう一方の終了条件が満足するまで処理を継続するようにしてもよい。
【００７０】
実施の形態３．
図８は、この発明を実施するための実施の形態３における電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。なお、以降では、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００７１】
この実施の形態３では、キャパシタモジュール３Ｂが１０個のキャパシタセルＣ１〜Ｃ１０で構成されており、５個の放電回路１Ｂがそれぞれ２個のキャパシタセルに並列に設けられている。具体的には、直列に接続された電気二重層キャパシタセルＣ１、Ｃ２に対して並列に、抵抗Ｒ６および抵抗部スイッチング素子Ｓ６１からなる１つの放電回路１Ｂが接続される。電気二重層キャパシタセルＣ３、Ｃ４には抵抗Ｒ７および抵抗部スイッチング素子Ｓ７１が、電気二重層キャパシタセルＣ５、Ｃ６には抵抗Ｒ８および抵抗部スイッチング素子Ｓ８１が、電気二重層キャパシタセルＣ７、Ｃ８には抵抗Ｒ９および抵抗部スイッチング素子Ｓ９１が、電気二重層キャパシタセルＣ９、Ｃ１０には抵抗Ｒ１０および抵抗部スイッチング素子Ｓ１０１が、それぞれ並列に接続されて、それぞれの放電回路１Ｂを構成している。
各スイッチング素子Ｓ６１〜Ｓ１０１およびＳ１２は、スイッチング制御回路４Ｂにより入り切りが制御される。
【００７２】
この発明の実施の形態３に係る蓄電装置での電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法を説明する。
実施の形態３係る蓄電装置での放電工程は、２個のキャパシタセルを同時に放電させる。逆電圧工程では、放電させた２個のキャパシタセルに同時に逆電圧を印加させる。バランス工程では、逆電圧を印加した２個のキャパシタセルの電圧を他のキャパシタセルから電荷を移動させて電圧を揃える。
この実施の形態３では、実施の形態１と比較して、キャパシタセルの数が２倍になったが、全キャパシタセルの静電容量を回復させる処理に要する時間は、実施の形態１の場合と同じにできる。
【００７３】
同時に放電させるキャパシタセルの個数、全キャパシタセルを何個のグループに分けて放電させるかは、全キャパシタセルの個数、全キャパシタセルの静電容量を回復させるのに要する時間などに応じて、適切に決める。同時に放電させるキャパシタセルの個数は、すべてのグループで同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。
【００７４】
実施の形態４．
図９は、この発明を実施するための実施の形態４における電気二重層キャパシタセルを用いた蓄電装置の構成を説明する図である。なお、以降では、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００７５】
この実施の形態４では、バランス回路２Ｃが、隣接するキャパシタセルの電圧を揃える複数のインダクタ回路７を有している。５個のキャパシタセルから構成される図９の蓄電装置では、４箇所のキャパシタセル同士の接続点８にそれぞれ１個の同容量のインダクタＬ１〜Ｌ４が接続され、それぞれのインダクタのもう一方の端子である非セル側端子９には、それぞれ２個のスイッチング素子の一端が接続される。２個のスイッチング素子のうち第１のスイッチング素子は、非セル側端子９と接続点８の片側のキャパシタセルの接続点８でない側の端子の間に接続される。もう１個のスイッチング素子である第２のスイッチング素子は、非セル側端子９と接続点８のもう一方の側のキャパシタセルの接続点８でない側の端子の間に接続される。
【００７６】
具体的には、セルＣ１とセルＣ２に対するインダクタ回路７では、インダクタＬ１、第１のスイッチング素子Ｓ１４および第２のスイッチング素子Ｓ１５を有する。同様に、セルＣ２とセルＣ３にはインダクタＬ２、第１のスイッチング素子Ｓ２４および第２のスイッチング素子Ｓ２５を、セルＣ３とセルＣ４にはインダクタＬ３、第１のスイッチング素子Ｓ３４および第２のスイッチング素子Ｓ３５を、セルＣ４とセルＣ５にはインダクタＬ４、第１のスイッチング素子Ｓ４４および第２のスイッチング素子Ｓ４５を、それぞれ有するインダクタ回路７が設けられている。
【００７７】
スイッチング制御回路４Ｃは、バランス回路２Ｃを動作させるときは、第１のスイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ４４および第２のスイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ４５が交互に同じ時間だけ入りになるように入り切りを制御する。バランス回路２Ｃを動作させないときは、第１のスイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ４４および第２のスイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ４５は切りである。
【００７８】
第１のスイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ４４および第２のスイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ４５は、１個のキャパシタセル分だけの電圧がかかり、流れる電流もわずかなので、他のスイッチング素子と同様に、コンパクトで安価なものでよい。
１個の大きなトランスを複数のインダクタＬ１〜Ｌ４に置き換えることにより、小型化が可能になる。また、スイッチング素子のスイッチング周波数を高めることで、スイッチング素子に流れる電流値が下げられるので、さらに小型化することができる。
【００７９】
図９では、２個のキャパシタセルに対して１個のインダクタ回路を設けている。４個以上の場合を含む偶数個の直列に接続されたキャパシタセルの集合であるバランス対象セル集合に対して、バランス対象セル集合に属するキャパシタセルの電圧を揃える１個のインダクタ回路を設けるようにしてもよい。その場合には、バランス対象セル集合を同数の２つの直列に接続されたキャパシタセルの集合に分割する分割点にインダクタの一方の端子を接続する。第１のスイッチング素子はインダクタの非セル側端子とバランス対象セル集合の一端に接続され、第２のスイッチング素子はインダクタの非セル側端子とバランス対象セル集合のもう一端に接続される。
【００８０】
異なる個数のバランス対象セル集合を持つインダクタ回路を有するようにしてもよい。すべての複数のインダクタ回路のバランス対象セル集合に属する少なくとも一部のキャパシタセルは、他のインダクタ回路のバランス対象セル集合に属しており、かつ、共通のキャパシタセルを有するインダクタ回路のバランス対象セル集合の和集合が全キャパシタセルになり、かつ、すべてのキャパシタセルがどれかのインダクタ回路のバランス対象セル集合に含まれるように、複数のインダクタ回路を設けておけばよい。
【００８１】
この発明の実施の形態４に係る蓄電装置での電気二重層キャパシタセルの静電容量の回復方法を説明する。
放電工程と逆電圧工程は、実施の形態１の場合と同じである。バランス工程では、スイッチング制御回路４Ｃは、第１のスイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ４４および第２のスイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ４５が交互に同じ時間だけ入りになるように、例えば１００ｋＨｚ程度の高周波で入り切りを制御する。インダクタＬ１について考えると、第１のスイッチング素子Ｓ１４が入りの場合は、インダクタＬ１にはキャパシタセルＣ２の電圧が印加される。第２のスイッチング素子Ｓ１５が入りの場合は、インダクタＬ１にはキャパシタセルＣ１の電圧が、Ｃ２の場合とは逆向きに印加される。
【００８２】
キャパシタセルＣ１とＣ２の電圧が同じであればインダクタＬ１にはスイッチング素子を入り切りさせる周波数の交流電圧だけが印加されるが、キャパシタセルＣ１とＣ２の電圧に差があると、差分の電圧も印加されることになる。差分の電圧は、インダクタＬ１のインダクタンス値とキャパシタセルＣ１およびＣ２の静電容量値から決まる周波数で振動し、振動の振幅は回路中に含まれる抵抗分により減衰し、１０秒程度の時間が経てばゼロになる。その結果、インダクタ回路７によりそのバランス対象セル集合に属するキャパシタセルの電圧を同じにすることができる。すべてのインダクタ回路７を同時に動作させることにより、すべてのキャパシタセルの電圧を同じ値に揃えることができる。
【００８３】
キャパシタセルの数が多い場合には、複数のキャパシタセルを同時に放電させ、同時に逆電圧を印加するようにする。同時に放電させるキャパシタセルは、バランス回路により電圧を揃える時間を短くできるように、できるだけ等間隔になるように分散して配置することが望ましい。その理由を、全部で２０個のキャパシタセルと、２個のキャパシタセルごとに１個の合計１９個のインダクタ回路を有する蓄電装置で、同時に４個のキャパシタセルを放電する場合を例に説明する。キャパシタセルを並んでいる順番にＣ１からＣ２０までの番号をつけ、同様にインダクタ回路にもＩ１からＩ１９までの番号をつける。
【００８４】
キャパシタセルＣ３、Ｃ８、Ｃ１３、Ｃ１８を同時に放電させた場合（ケース１）には、バランス回路の動作を開始する時点で、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ７、Ｉ８、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ１７、Ｉ１８の８個のインダクタ回路ではそのバランス対象セル集合に属するキャパシタセルの電圧が異なり、電圧を揃える動作をすることができる。これに対して、キャパシタセルＣ１〜Ｃ４を同時に放電させる場合（ケース２）では、バランス対象セル集合に属するキャパシタセルの電圧が異なるインダクタ回路はＩ４の１個だけである。電荷の総移動量も、ケース１の方が少なくなる。ケース１の場合には、５個のキャパシタセルの中だけで１個分のキャパシタセルの電荷を移動させればよい。これに対して、ケース２の場合には１６個のキャパシタセルから４個のキャパシタセルに電荷を移動させる必要がある。したがって、ケース１の場合はケース２の場合よりも速くキャパシタセルの電圧を揃えることができる。
【００８５】
この実施の形態４でも、放電させるキャパシタセルをバランス対象セル集合に含むインダクタ回路を動作させないことにより、放電工程とバランス工程を同時に実施することができる。その際に、以下のようにすれば、より速く回復処理を実施することができる。放電させたキャパシタセル（放電セル）に隣接するキャパシタセル（次放電セル）を次に放電させることとし、放電セルと次放電セルをバランス対象セル集合に含むインダクタ回路をまず動作させて、放電セルの電荷を回復するとともに、次放電セルの電荷を減少させる。この工程を放電前バランス工程と呼ぶ。その後、次放電セルを放電させると同時に、次放電セルをバランス対象セル集合に含まないインダクタ回路だけを動作させて、次放電セル以外の電圧をバランスさせる。
【００８６】
この実施の形態４の構成では、直列に接続されたキャパシタセルの中で両端のキャパシタセルは片側からしか電荷を移動させることができず、他のセルよりも電圧を揃えるために時間を要する。両端のキャパシタセルをともにバランス対象セル集合に含むようなトランスを利用したインダクタ回路を設ければ、バランス回路が環状に構成されることになり、より効率的に電圧を揃えることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１    放電回路
１Ｂ  放電回路
２    バランス回路
２Ａ  バランス回路
２Ｂ  バランス回路
２Ｃ  バランス回路
３    電気二重層キャパシタモジュール
３Ｂ  電気二重層キャパシタモジュール
４    スイッチング制御回路（制御回路）
４Ａ  スイッチング制御回路（制御回路）
４Ｂ  スイッチング制御回路（制御回路）
４Ｃ  スイッチング制御回路（制御回路）
５    プラス側端子
６    マイナス側端子
７    インダクタ回路
８    接続点
９    非セル側端子
Ｃ１〜Ｃ５    電気二重層キャパシタセル
Ｃ６〜Ｃ１０  電気二重層キャパシタセル
Ｒ１〜Ｒ５  抵抗
Ｓ１１〜Ｓ５１  抵抗部スイッチング素子
Ｓ６１〜Ｓ１０１  抵抗部スイッチング素子
Ｔ１    トランス
Ｓ１２  トランス部スイッチング素子
Ｗ１１  トランス共通巻線
Ｗ１〜Ｗ５    トランス巻線
Ｗ６〜Ｗ１０  トランス巻線
Ｄ１〜Ｄ５    トランス部ダイオード
Ｄ６〜Ｄ１０  トランス部ダイオード
Ｓ１０〜Ｓ５０  トランス巻線部スイッチング素子
Ｌ１〜Ｌ４  インダクタ
Ｓ１４〜Ｓ４４  第１のスイッチング素子
Ｓ１５〜Ｓ４５  第２のスイッチング素子
【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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