(57)【要約】      （修正有）【課題】ダンパー機能を備えた蓄電デバイスを提供する。【解決手段】ダンパー機能を備えた蓄電デバイスは、多数のキャパシターセル１１が直／並列接続して組成されるキャパシターセル電池１０である。各キャパシターセル１１はスーパーキャパシター１２とウルトラキャパシター１３により組成される。スーパーキャパシター１２は無極性キャパシターで、ウルトラキャパシター１３は有極性キャパシターである。スーパーキャパシター１２とウルトラキャパシター１３との間は電性並列接続連結である。ウルトラキャパシター１３の容量はスーパーキャパシター１２の容量に近いか或いは等くキャパシターセル１１の充電時にはスーパーキャパシター１２は極化効果を生じ、電圧型態の電気エネルギーを充電する。スーパーキャパシター１２内の電気エネルギーは電位平衡関係により、迅速に電流型態の電気エネルギーに転換されウルトラキャパシター１３内に流入し貯蔵される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のキャパシターセルが直／並列接続して組成されるキャパシターセル電池であるダンパー機能を備えた蓄電デバイスであって、
前記各キャパシターセルは、スーパーキャパシター、及びウルトラキャパシターを有し、
前記スーパーキャパシターは、内部に仕切り板を設置する無極性キャパシターで、
前記ウルトラキャパシターは、有極性の電化学キャパシターで、
前記スーパーキャパシターと前記ウルトラキャパシターとの間は、電性並列連結で、及び非表示式の物理性直列接続で、
前記スーパーキャパシターの容量は、前記ウルトラキャパシターの容量の９０〜１１０％以内で、
前記キャパシターセルの充電時には、前記スーパーキャパシターは、極化効果を生じ、電圧型態の電気エネルギーを充電し、
前記スーパーキャパシターと前記ウルトラキャパシターの電位平衡関係により、前記スーパーキャパシター内に充電される電気エネルギーは、迅速に電流型態の電気エネルギーに転換され前記ウルトラキャパシター内に流入されて貯蔵され、共振型態のダンパー効果を形成することを特徴とするダンパー機能を備えた蓄電デバイス。
【請求項２】
前記スーパーキャパシターは、充電時に強大な静電界を発生できる電気二重層キャパシターであることを特徴とする請求項１に記載のダンパー機能を備えた蓄電デバイス。
【請求項３】
前記ウルトラキャパシターは、充電時に電化学場に迅速に反応できる金属酸化物擬似キャパシターであることを特徴とする請求項１に記載のダンパー機能を備えた蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダンパー機能を備えた蓄電デバイスに関し、特に多数のキャパシターセルが直／並列接続して組成されるキャパシターセル電池であるダンパー機能を備えた蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
セルとは、電池を構成する基本単位で、電池装置とは一種のエネルギー貯蔵装置である。中でも、リチウム電池は現在最も広く使用されている電池装置である。リチウム電池は、安定性の低い電池装置で、危険性が高く、しかも使用上の制限が多い。例えば、リチウム電池は使用中、過充電、過放電ができず、過充電、過放電の状況が発生すれば、リチウム電池は損壊し、或いは廃棄しなければならないこともある。リチウム電池に対して充電する時には、環境温度は製品の設定された温度範囲を超えてはならない。リチウム電池は、温度によって放電曲線が異なり、放電電圧及び放電時間も異なる。
【０００３】
キャパシターは電気エネルギーを一時的に蓄える特性を備えるが、蓄電デバイスとすることはできない。図１Ａに示す無極性キャパシター６０は、電気カプリングの回路中に用いられることが多い。図１Ｂに示す有極性キャパシター６１は、回路において、フィルター及び緩衝作用に用いられることが多い。図１Ｃに示す有極性スーパーキャパシター６２は、回路において、電気エネルギーの一時貯蔵に用いられることが多く、本当の蓄電デバイスではない。図１Ｄに示す無極性スーパーキャパシター６３（回路中では被極化可能）は、回路中では電気エネルギーの一時貯蔵に用いられることが多く、本当の蓄電デバイスではない。図１Ｅに示す有極性ウルトラキャパシター６４は、回路中では大直流電力伝送のフィルター作用に用いられることが多い。上記の五種のキャパシター６０、６１、６２、６３、６４はすべて、電気エネルギーを真に貯蔵することはできず、電池或いは二次電池の機能を備えない。
【０００４】
リチウム電池最大の特徴は「比エネルギー」が高いことで、これによりそのものの内部抵抗（ＤＣＲ）が高くなり、快速充電、快速放電に適していない。一般には、リチウム電池とウルトラキャパシター（Ｕｌｔｒａ  Ｃａｐ）を並列接続して使用する。ウルトラキャパシターの容量は、電池容量に近いほど大きい。ウルトラキャパシターは、直流電を隔離する特性と備えるため、充電において一定の困難性がある。リチウム電池とウルトラキャパシターを並列接続して使用する時には、高圧充電下で、たまには瞬間ショートの状況が発生し、安定性が劣る。
【０００５】
また、リチウム電池とスーパーキャパシター（Ｓｕｐｅｒ  Ｃａｐ）を並列接続して使用する場合もある。スーパーキャパシターは、充電時に、強大な静電界（極化効果），を生じ、キャパシター特性の反引力により、充電を妨げ、電位が上昇し、温度も上昇し、リチウム電池に対して使用に不利な環境温度を生じる。リチウム電池をウルトラキャパシター（Ｕｌｔｒａ  Ｃａｐ）と並列接続して使用しようと、スーパーキャパシター（Ｓｕｐｅｒ  Ｃａｐ）と並列接続して使用しようと、リチウム電池そのものの安定性が劣るという問題を排除することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主要目的は、多数のキャパシターセルが直／並列接続して組成されるキャパシターセル電池で、充電器を適当に組み合わせ快速充電、快速放電の目的を達成する。
【０００７】
本発明の別の目的は、その内部抵抗（ＤＣＲ）は極めて低いため、充、放電中に瞬間ショートが発生しても、温度上昇を招くことがなく、装置の安定性が高いダンパー機能を備えた蓄電デバイスに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明によるダンパー機能を備えた蓄電デバイスは、多数のキャパシターセルが直／並列接続して組成されるキャパシターセル電池である。
該各キャパシターセルは、スーパーキャパシター（Ｓｕｐｅｒ  Ｃａｐ）、及びウルトラキャパシター（Ｕｌｔｒａ  Ｃａｐ）を有する。
該スーパーキャパシターは、内部に仕切り板を設置する無極性キャパシターである。
該ウルトラキャパシターは、有極性の電化学キャパシターである。
該スーパーキャパシターと該ウルトラキャパシターとの間は電性並列接続連結である。
該スーパーキャパシターの容量は、該ウルトラキャパシターに近いか或いは等しい。
該キャパシターセルの充電時には、該スーパーキャパシターは、極化効果を生じ、電圧型態の電気エネルギーを充電する。
該スーパーキャパシター内に充電される電気エネルギーは、電位平衡関係により、迅速に電流型態の電気エネルギーに転換され該ウルトラキャパシター内に流入し貯蔵され、いわゆるダンパー効果（Ｄａｍｐｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を生じる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は以下の特徴を備える。
１．本発明の回路構造は簡単である。本発明の充電時には、該スーパーキャパシターを利用し、物理性質の極化介電効果を実現できる。本発明の放電時には、該ウルトラキャパシターを利用し、化学酸化還元効果を実現できる。
２．本発明は、ハイパワー電力、動力の電気エネルギーの貯蔵に用いられる。本発明キャパシターセル電池の蓄電量は、直／並列接続のキャパシターセルの個数により決まる。よって、十分な個数のキャパシターセルにより構成されるキャパシターセル電池であれば、ハイパワーの電気エネルギーを蓄電できる。
３．本発明は、超高周波数応答の電気エネルギーを蓄電し、共振転送状態のダンパー効果を発生させられる。発明に組み合わせる充電装置は、周波数応答を備える電気エネルギーを放出でき、これにより本発明内部では共振転送状態のダンパー効果を発生でき、こうして充電、蓄電がスムーズとなり、充電効率を加速することができる。
４．本発明の充電ルートと放電ルートは異なるため、快速充電と快速放電に適している。
５．各キャパシターセル内の共振作用により、内部抵抗は極めて低いため、充、放電中に瞬間ショートが発生しても、温度上昇の状況は発生せず、安定性が高い。
６．本発明は、半導体製造工程に運用でき、体積を縮小させられ、グラファイト、磁気媒体材料（磁気抵抗材料）などの３Ｃ製品の蓄電デバイスとすることができる。本発明技術により製造される製品のエネルギー密度及び容量の大きさは、電極材料及び幾何条件の選択により達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】無極性キャパシターの模式図である。
【図１Ｂ】有極性キャパシターの模式図である。
【図１Ｃ】有極性スーパーキャパシターの模式図である。
【図１Ｄ】無極性スーパーキャパシターの模式図である。
【図１Ｅ】有極性ウルトラキャパシター（Ｕｌｔｒａ  Ｃａｐ）の模式図である。
【図２】本発明実施形態の構造模式図である。
【図３】図２に示す実施形態中のキャパシターセルの構造図である。
【図４】ダンパー充電装置が本発明実施形態に対して充電を行う際の回路ブロックチャートである。
【図５】本発明の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的及び作用効果について、以下に例を挙げ並びに図面を組み合わせて詳細に説明する。
【００１２】
図２、図３に示す通り、本発明が開示するダンパー機能を備えた蓄電デバイスは、多数のキャパシターセル１１を直／並列接続して組成されるキャパシターセル電池１０である。蓄電デバイスは、ダンパー機能を備える充電装置で充電する必要がある。
【００１３】
キャパシターセル電池１０中の各キャパシターセル１１は、スーパーキャパシター（Ｓｕｐｅｒ  Ｃａｐ）１２、及びウルトラキャパシター（Ｕｌｔｒａ  Ｃａｐ）１３を有する。スーパーキャパシター１２は、内部に仕切り板を設置する無極性キャパシターである。ウルトラキャパシター１３は、有極性の電化学キャパシターである。スーパーキャパシター１２とウルトラキャパシター１３との間は、電性並列連結で、及び非表示式の物理性直列接続（極化）である。スーパーキャパシター１２の容量は、ウルトラキャパシター１３の容量に近いか、或いは等しい。
【００１４】
実施時には、好ましくは、スーパーキャパシター１２の容量は、ウルトラキャパシター１３の容量の９０〜１１０％の範囲内である。キャパシターセル電池１０に対して充電する時には、各キャパシターセル１１のスーパーキャパシター１２は、極化効果を生じ、電圧型態の電気エネルギーを充電する。スーパーキャパシターとウルトラキャパシターの電位平衡関係により、スーパーキャパシター１２内に充電される電気エネルギーは、電流型態の電気エネルギーに迅速に転換され、ウルトラキャパシター１３内に流入し貯蔵される。これにより、スーパーキャパシターとウルトラキャパシターの電位は徐々に相同となり、最終的には完全に相同となる。これがいわゆる共振現象を備えるダンパー効果（Ｄａｍｐｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）である。
【００１５】
図４に示す通り、ダンパー機能を備える充電装置２０がキャパシターセル電池１０に対して充電する時には、任意のキャパシターセル１１にとっては、スーパーキャパシター１２を利用し、強大な極化作用を発生させられ、電気エネルギーを、キャパシターセル１１のスーパーキャパシター１２内に充電することができる。スーパーキャパシター１２内に充電された電気エネルギーは、電流型態の電気エネルギーに迅速に転換され、ウルトラキャパシター１３内に蓄電される。
【００１６】
充電装置２０は、電源出力装置２１、コントロール回路２２、ダンパーインダクタンス２３、及び高周波発振スイッチ２４を有する。電源出力装置２１は、電気エネルギー発生装置３０と連接し、電気エネルギー発生装置３０が出力する電気エネルギーを昇圧或いは降圧した後に電源を出力する。キャパシターセル電池１０の正極端は、ダンパーインダクタンス２３と連接し、負極端は、高周波発振スイッチ２４と連接する。電気エネルギー発生装置３０は、再生エネルギー発生装置、または家庭用電源である。
【００１７】
充電装置２０は、高周波発振スイッチ２４の作動により、ダンパーインダクタンス２３は高周波の蓄電、放電の連続動作を行う。高周波発振スイッチ２４がＯＮの状態下では、ダンパーインダクタンス２３は、電気エネルギーを貯蔵できる。高周波発振スイッチ２４がＯＦＦの状態下では、ダンパーインダクタンス２３は、貯蔵した電気エネルギーを放電し、キャパシターセル電池１０に対して充電する。よって、充電装置２０が放出する電気エネルギーは、周波数応答の電気エネルギーを備える。
【００１８】
スーパーキャパシター１２は、電圧型態の電気エネルギーを充電された後、電位は上昇する。スーパーキャパシター１２の電位が上昇すると、充電された電気エネルギーは当然、電流型態に転換され出力され、ウルトラキャパシター１３内に流入し貯蔵される。スーパーキャパシター１２内に充電された電気エネルギーはウルトラキャパシター１３内に流入後、スーパーキャパシター１２の電位は自然に低下し、再度の吸電の便を図る。充電装置２０は、キャパシターセル１０に対して、周波数応答を備える電気エネルギーを充電し、これによりスーパーキャパシター１２の電位は上昇、低下の高周波変化を生じる。
【００１９】
ダンパー充電装置２０がキャパシターセル１１に対して周波数応答を備える電気エネルギーを充電する時、充電ルートＩ１のルートに従い、電圧型態の電気エネルギーをスーパーキャパシター１２内に充電する。スーパーキャパシター１２内に充電された電気エネルギーは、高周波発振スイッチ２４が瞬間的に閉鎖される状況下（充電装置２０がキャパシターセル電池１０に対する充電を瞬間停止）で、迅速に蓄電ルートＩ２のルートに従い、電流型態でウルトラキャパシター１３内に充電される。スーパーキャパシター１２は極化電圧を迅速に電流に転換し、ウルトラキャパシター１３に流入させ貯蔵する状況は、一種の共振転送状態過程（ダンパー効果と呼ばれる）で、これによりキャパシターセル１１の内部抵抗はゼロに近づく。キャパシターセル１１内部が無損失状態下で、電圧電気エネルギーを電流電気エネルギーに転換して貯蔵し、静電界物理現象から電化学場現象に転換するキャパシターセル１１を構成する。
【００２０】
キャパシターセル電池１０が放電しロード４０が作動する時は、各キャパシターセル１１のウルトラキャパシター１３が放電ルートＩ３のルートに従い電気エネルギーを放出する。キャパシターセル１１の充電ルートＩ１と放電ルートＩ３のルートは異なるため、同時に充電と放電を行うことができる。
【００２１】
図５に示す本発明の等価回路図は、直／並自動スイッチ５０、電性直列接続のスーパーキャパシター５１、電性並列接続のウルトラキャパシター５２、直列接続性質のインダクタンスＬ１、並列接続性質のインダクタンスＬ２を有する。直／並自動スイッチ５０が直列接続型態に切り替えられると、電気エネルギーを電性直列接続のスーパーキャパシター５１内に充電し、これにより電性直列接続のスーパーキャパシター５１の電位は上昇し、充電状態となる。電性直列接続のスーパーキャパシター５１内の電気エネルギーは、迅速に電流型態で電性並列接続のウルトラキャパシター５２内に流入し貯蔵される。直／並自動スイッチ５０が並列接続型態に切り替えられると、電性並列接続のウルトラキャパシター５２内に貯蔵される電気エネルギーは、外へと放電される。電気抵抗Ｒ１、Ｒ２は回路中の内部抵抗である。
【００２２】
スーパーキャパシター１２は、充電時に強大な静電界を発生できる電気二重層キャパシター（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ、ＥＤＬＣと略称）である。
有極性ウルトラキャパシター１３は、充電時に電化学場に迅速に反応できる金属酸化物擬似キャパシター（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）である。
【００２３】
本発明は以下の特徴を備える。
１．本発明の回路構造は簡単である。本発明の充電時には、該スーパーキャパシターを利用し、物理性質の極化介電効果を実現できる。本発明の放電時には、該ウルトラキャパシターを利用し、化学酸化還元効果を実現できる。
２．本発明は、ハイパワー電力、動力の電気エネルギーの貯蔵に用いられる。本発明キャパシターセル電池の蓄電量は、直／並列接続のキャパシターセルの個数により決まる。よって、十分な個数のキャパシターセルにより構成されるキャパシターセル電池であれば、ハイパワーの電気エネルギーを蓄電できる。
３．本発明は、超高周波数応答の電気エネルギーを蓄電し、共振転送状態のダンパー効果を発生させられる。発明に組み合わせる充電装置は、周波数応答を備える電気エネルギーを放出でき、これにより本発明内部では共振転送状態のダンパー効果を発生でき、こうして充電、蓄電がスムーズとなり、充電効率を加速することができる。
４．本発明の充電ルートと放電ルートは異なるため、快速充電と快速放電に適している。
５．各キャパシターセル内の共振作用により、内部抵抗は極めて低いため、充、放電中に瞬間ショートが発生しても、温度上昇の状況は発生せず、安定性が高い。
６．本発明は、半導体製造工程に運用でき、体積を縮小させられ、グラファイト、磁気媒体材料（磁気抵抗材料）などの３Ｃ製品の蓄電デバイスとすることができる。本発明技術により製造される製品のエネルギー密度及び容量の大きさは、電極材料及び幾何条件の選択により達成される。
【００２４】
上記を総合すると、本発明が提供するダンパー機能を備えた蓄電デバイスは、ダンパー充電装置２０の充電下で、充電時に強大な静電界を発生できる極化作用のスーパーキャパシター１２、及び有極性ウルトラキャパシター１３を利用する強大な貯蔵容量により、ダンパー効果の超高周波数応答の蓄電作用を生じ、充電を加速でき、しかも蓄電デバイスの安定性を高めることができる。
【００２５】
上述の実施例は僅かに本発明の原理及びその作用効果を説明するものであり、本発明を制限するものではない。これにより、この発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が上述の実施例に対してなし得る修正或いは変化は、すなわち、本発明の精神より逸脱しない。本発明はすでに産業上の利用性、新規性及び進歩性を有し、並びに特許の要件を満たす。
【符号の説明】
【００２６】
１０  キャパシターセル電池
１１  キャパシターセル
１２  スーパーキャパシター
１３  ウルトラキャパシター
２０  充電装置
２１  電源出力装置
２２  コントロール回路
２３  ダンパーインダクタンス
２４  高周波発振スイッチ
３０  電気エネルギー発生装置
４０  ロード
５０  直／並自動スイッチ
５１  電性直列接続のスーパーキャパシター
５２  電性並列接続のウルトラキャパシター
６０  無極性キャパシター
６１  有極性キャパシター
６２  有極性スーパーキャパシター
６３  無極性スーパーキャパシター
６４  有極性ウルトラキャパシター
Ｌ１  直列接続性質のインダクタンス
Ｌ２  並列接続性質のインダクタンス
Ｒ１  電気抵抗
Ｒ２  電気抵抗
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2016181693.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2016181693.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図２】
2016181693.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016181693.tif 000011