(57)【要約】【課題】小型化および簡素化が図られた、高エネルギ密度および高出力密度を両立する電力貯蔵装置を提供する。【解決手段】電力貯蔵装置１は、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０とを備え、前記第１蓄電デバイスは、前記第２蓄電デバイスよりも内部抵抗が小さく且つ出力密度が高く構成され、前記第２蓄電デバイスは、前記第１蓄電デバイスよりもエネルギ密度が高く構成されており、前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとは並列に接続され、前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとの電位窓の少なくとも一部が重複している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１蓄電デバイスと第２蓄電デバイスとを備え、
前記第１蓄電デバイスは、前記第２蓄電デバイスよりも内部抵抗が小さく且つ出力密度が高く構成され、前記第２蓄電デバイスは、前記第１蓄電デバイスよりもエネルギ密度が高く構成されており、
前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとは並列に接続され、前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとの電位窓の少なくとも一部が重複している、電力貯蔵装置。
【請求項２】
前記第１蓄電デバイスは、１つまたは互いに直列に接続された複数の第１蓄電セルを有し、前記第２蓄電デバイスは、１つまたは互いに直列に接続された複数の第２蓄電セルを有し、第１蓄電セルの直列接続数および第２蓄電セルの直列接続数は、前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとの電位窓の少なくとも一部が重複するように設定されている、請求項１に記載の電力貯蔵装置。
【請求項３】
前記第１蓄電デバイスは、１つまたは互いに並列に接続された複数の第１蓄電セルを有し、前記第２蓄電デバイスは、１つまたは互いに並列に接続された複数の第２蓄電セルを有し、第１蓄電セルの並列接続数および第２蓄電セルの並列接続数は、前記第１蓄電デバイスの方が前記第２蓄電デバイスよりも内部抵抗が小さくなるように設定されている、請求項１または２に記載の電力貯蔵装置。
【請求項４】
１つまたは互いに接続された複数の第１蓄電セルと、１つまたは互いに接続された複数の第２蓄電セルとが、互いに並列に接続されて蓄電モジュールを構成している、請求項１〜３のいずれかに記載の電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギ密度の蓄電デバイスおよび高出力密度の蓄電デバイスを備えている電力貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高エネルギ密度および高出力密度を両立する電力貯蔵装置として、たとえば、特許文献１の電力貯蔵システムが知られている。この電力貯蔵システムは、電力変換器、二次電池、キャパシタおよび制御器を備えている。電力変換器の負荷側端子が負荷に接続されている。また、電力変換器の電源側端子は、二次電池に接続されると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して二次電池と並列にキャパシタに接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、二次電池よりもキャパシタが優先して充放電するように制御器により制御されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−００１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電力貯蔵システムでは、二次電池よりもキャパシタが優先して充放電するよう制御するために、キャパシタがＤＣ／ＤＣコンバータを介して電力変換器に接続されている。このため、電力貯蔵システムの小型化および簡素化に改善の余地があった。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、小型化および簡素化が図られた、高エネルギ密度および高出力密度を両立する電力貯蔵装置を提供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】
本発明のある態様に係る電力貯蔵装置は第１蓄電デバイスと第２蓄電デバイスとを備え、前記第１蓄電デバイスは、前記第２蓄電デバイスよりも内部抵抗が小さく且つ出力密度が高く構成され、前記第２蓄電デバイスは、前記第１蓄電デバイスよりもエネルギ密度が高く構成されており、前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとは並列に接続され、前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとの電位窓の少なくとも一部が重複している。
【０００７】
この構成によれば、第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスが充放電することにより、高エネルギ密度および高出力密度を両立する。この際、第２蓄電デバイスよりも第１蓄電デバイスが優先して充放電される。このため、第１蓄電デバイスと第２蓄電デバイスとを接続する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータを介在させる必要がなく、電力貯蔵システムの小型化が図られる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータが不要なため、これを制御する必要もなく、電力貯蔵システムの簡素化が図られる。
【０００８】
この電力貯蔵装置では、前記第１蓄電デバイスは、１つまたは互いに直列に接続された複数の第１蓄電セルを有し、前記第２蓄電デバイスは、１つまたは互いに直列に接続された複数の第２蓄電セルを有し、第１蓄電セルの直列接続数および第２蓄電セルの直列接続数は、前記第１蓄電デバイスと前記第２蓄電デバイスとの電位窓の少なくとも一部が重複するように設定されていてもよい。この構成によれば、各蓄電デバイスにおける各蓄電セルの直列接続数により、各蓄電デバイスの電位窓を適宜、調整することができる。
【０００９】
この電力貯蔵装置では、前記第１蓄電デバイスは、１つまたは互いに並列に接続された複数の第１蓄電セルを有し、前記第２蓄電デバイスは、１つまたは互いに並列に接続された複数の第２蓄電セルを有し、第１蓄電セルの並列接続数および第２蓄電セルの並列接続数は、前記第１蓄電デバイスの方が前記第２蓄電デバイスよりも内部抵抗が小さくなるように設定されていてもよい。この構成によれば、各蓄電デバイスにおける各蓄電セルの並列接続数により、各蓄電デバイスの内部抵抗を適宜、調整することができる。
【００１０】
また、電力貯蔵装置では、１つまたは互いに接続された複数の第１蓄電セルと、１つまたは互いに接続された複数の第２蓄電セルとが、互いに並列に接続されて蓄電モジュールを構成してもよい。この構成によれば、第２蓄電セルよりも優先して第１蓄電セルが充放電される。このため、第２蓄電セルは、第１蓄電セルの充放電により発生した熱により温められた状態で充放電を行う。よって、低温環境下であっても、第２蓄電セルを加温して、第２蓄電デバイスによる充放電の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上に説明した構成を有し、小型化および簡素化が図られた、高エネルギ密度および高出力密度を両立する電力貯蔵装置を提供することができるという効果を奏する。
【００１２】
本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の第１蓄電デバイスの電位窓および第２蓄電デバイスの電位窓を示すグラフである。
【図３】図１の電力貯蔵装置の残存容量を推定するための構成を概略的に示す図である。
【図４】実施の形態１の変形例１に係る電力貯蔵装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】実施の形態１の変形例２に係る電力貯蔵装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】実施の形態１の変形例３に係る電力貯蔵装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電力貯蔵装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る電力貯蔵装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】実施の形態３の変形例に係る電力貯蔵装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】実施例１および２の電力貯蔵装置を負荷に接続した構成を概略的に示す図である。
【図１１】図１１Ａは、実施例１の第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスから出力される電流の経時変化を示すグラフであり、図１１Ｂは、実施例１の第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスの開放電圧および一対のＤＣリンク間の電圧の経時変化を示すグラフであり、図１１Ｃは、実施例１の第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスの残存容量の経時変化を示すグラフである。
【図１２】図１２Ａは、実施例２の第１負荷に対して第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスから出力される電流の経時変化を示すグラフであり、図１２Ｂは、実施例２の第１負荷に対して第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスの開放電圧および一対のＤＣリンク間の電圧の経時変化を示すグラフである。
【図１３】図１３Ａは、実施例２の第２負荷に対して第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスから出力される電流の経時変化を示すグラフであり、図１３Ｂは、実施例２の第２負荷に対して第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスの開放電圧および一対のＤＣリンク間の電圧の経時変化を示すグラフである。
【図１４】図１４Ａは、実施例３の電力貯蔵装置を負荷に接続した構成を概略的に示す図であり、図１４Ｂは、実施例３の第２負荷に対して第１蓄電デバイスおよび第２蓄電デバイスから出力される電流の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図１０および図１４Ａでは、キャパシタセルおよび二次電池セルの内部抵抗を記載しているが、図１および図３〜図９ではキャパシタセルおよび二次電池セルの内部抵抗の記載を省略している。
【００１５】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る電力貯蔵装置１の構成について、図１を参照して説明する。電力貯蔵装置１は第１蓄電デバイス１０および第２蓄電デバイス２０を備えており、第１蓄電デバイス１０および第２蓄電デバイス２０は互いに並列に接続されている。
【００１６】
第１蓄電デバイス１０は、第２蓄電デバイス２０よりも内部抵抗が小さく且つ出力密度が高い蓄電機器である。一方、第２蓄電デバイス２０は、第１蓄電デバイス１０よりもエネルギ密度が高い蓄電機器である。このように、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０とは、内部抵抗、出力密度、およびエネルギ密度に関し、互いに相対的なスペックを有する。
【００１７】
第１蓄電デバイス１０は、１つまたは互いに接続された複数の第１蓄電セル１１を有しており、この実施の形態では、１つの第１蓄電セル１１を有する構成を例示している。すなわち、図１に示す第１蓄電デバイス１０は、１つの第１蓄電セル１１が第１ケース１３に収容された、１つの第１蓄電モジュール１２により構成されている。ここで、第１蓄電セル１１は、例えばキャパシタセル１１ａにより構成することができる。
【００１８】
第２蓄電デバイス２０は、１つまたは互いに接続された複数の第２蓄電セル２１を有しており、この実施の形態では、３つの第２蓄電セル２１を有する構成を例示している。すなわち、図１に示す第２蓄電デバイス２０は、直列に接続された３つの第２蓄電セル２１が第２ケース２３に収容された、１つの第２蓄電モジュール２２により構成されている。ここで、第２蓄電セル２１は、例えば二次電池セル２１ａにより構成することができる。
【００１９】
なお、第１蓄電セル１１はキャパシタセル１１ａに限られず、第２蓄電セル２１も二次電池セル２１ａに限られない。第１蓄電デバイス１０および第２蓄電デバイス２０が、上述したような相対的なスペックを満たすならば、他の構成を採用してもよい。例えば、第１蓄電セル１１に、第２蓄電セル２１より出力密度の高い二次電池を採用することも可能である。
【００２０】
また、第１蓄電セル１１の数と第２蓄電セル２１の数は、各蓄電デバイス１０、２０が下記条件を満たすように設定されている。この条件とは、下記（１）および（２）を同時に満たすことである。
（１）第１蓄電デバイス１０の内部抵抗が第２蓄電デバイス２０の内部抵抗よりも小さい。
（２）第１蓄電デバイス１０の電位窓（Voltage Window、Potential Window）のすべてまたは一部が第２蓄電デバイス２０の電位窓と重なる。
【００２１】
この実施の形態では、上記条件を満たすように、直列に接続された３つの二次電池セル２１ａに対して、１つのキャパシタセル１１ａが設定されている。ここで、第１蓄電デバイス１０の内部抵抗は、１つのキャパシタセル１１ａに含まれる電気抵抗である。第２蓄電デバイス２０の内部抵抗は、直列に接続される３つの二次電池セル２１ａに含まれる電気抵抗であり、３つの二次電池セル２１ａの内部抵抗の和である。
【００２２】
第１蓄電デバイス１０の電位窓は、たとえば、第１蓄電デバイス１０として使用可能な電圧範囲、または、製造業者あるいは使用者が設定した電圧使用範囲である。また、第２蓄電デバイス２０の電位窓は、たとえば、第２蓄電デバイス２０の電気化学的特性上、使用可能な電圧範囲、または、製造業者あるいは使用者が設定した電圧使用範囲である。
【００２３】
ここでは、蓄電デバイス（第１蓄電デバイス１０および第２蓄電デバイス２０）の電位窓を、当該蓄電デバイスの充電率（State Of Charge(SOC)）が０％のときの開放電圧（Open Circuit Voltage(OCV)）から、充電率が１００％のときの開放電圧までの電圧範囲としている。例えば、各蓄電デバイス１０、２０が図２に示すＳＯＣ−ＯＣＶ特性を有する場合、第１蓄電デバイス１０の電位窓Ｖ１はＶ１Ｌ〜Ｖ１Ｈの電圧範囲であり、第２蓄電デバイス２０の電位窓Ｖ２はＶ２Ｌ〜Ｖ２Ｈの電圧範囲である。従って、電位窓Ｖ１、Ｖ２の重なる範囲は、Ｖ２Ｌ〜Ｖ１Ｈの電圧範囲（図２のＶ１２）である。この電圧範囲Ｖ１２が、電力貯蔵装置１の使用可能な電圧範囲である。
【００２４】
充電率と容量の積で表される電力貯蔵装置１の残存容量は、電力貯蔵装置１が放電可能な電力量であって、以下のように推定される。ここでは、図１の電力貯蔵装置１と同様に、第１蓄電デバイス１０をキャパシタセル１１ａで構成し、第２蓄電デバイス２０を二次電池セル２１ａで構成した場合について説明する。
【００２５】
第１蓄電デバイス１０の容量を無視できるほど、第２蓄電デバイス２０の容量が第１蓄電デバイス１０の容量よりも非常に大きい場合、電力貯蔵装置１の残存容量は第２蓄電デバイス２０の残存容量とほぼ一致する。そして、第２蓄電デバイス２０の残存容量は、例えば特開２００９−２５７７７５号公報など公知の方法で推定することが可能である。従って、このようにして取得した第２蓄電デバイス２０の残存容量が電力貯蔵装置１の残存容量と推定される。
【００２６】
一方、第１蓄電デバイス１０の容量が無視できない場合には、この第１蓄電デバイス１０の残存容量を考慮して第２蓄電デバイス２０の残存容量を求めることができる。たとえば、図３に示す例では、電力貯蔵装置１に電流計３０が接続されている。この電流計３０が計測する電流値をＩとすると、電力貯蔵装置１の残存容量Ｑの変化量ΔＱは、式（ΔＱ＝−∫Ｉｄｔ）で表せる。さらに第１蓄電デバイス１０の残存容量をＱｃとした場合、第２蓄電デバイス２０の残存容量Ｑｂの変化量ΔＱｂは、式（ΔＱｂ＝ΔＱ−ΔＱｃ）で表せる。
【００２７】
ここで、電流値Ｉがゼロの時、第１蓄電デバイス１０の開放電圧は電力貯蔵装置１の端子電圧Ｖと等しくなる。このため、第１蓄電デバイス１０の残存容量Ｑｃの変化量ΔＱｃは、式（ΔＱｃ＝Δ（ＣＶ＾２）／２＝Ｃ／２・Δ（Ｖ＾２））により表せる。このＣは第１蓄電デバイス１０を構成するキャパシタセル１１ａの静電容量であり、Ｖはキャパシタセル１１ａの電圧である。よって、電力貯蔵装置１の端子電圧Ｖおよび電流計３０により計測された電流値Ｉによって、第１蓄電デバイス１０の残存容量Ｑｃおよび第２蓄電デバイス２０の残存容量Ｑｂが求められる。
【００２８】
上記構成の電力貯蔵装置１によれば、第１蓄電デバイス１０の電位窓のすべてまたは一部が第２蓄電デバイス２０の電位窓と重なる。よって、第２蓄電デバイス２０よりも内部抵抗が低い第１蓄電デバイス１０は、第２蓄電デバイス２０より優先されて充放電される。このため、第２蓄電デバイス２０よりも第１蓄電デバイス１０を優先して充放電させるための制御を能動的に行う必要がなく、従って、この制御をするためのＤＣ／ＤＣコンバータも必要ない。その結果、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０とを直接的に（ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに）接続することができ、電力貯蔵装置１の小型化および簡素化が図られる。また、二次電池セル２１ａなど、充放電回数に寿命が依存する第２蓄電デバイス２０の充放電回数および充放電深度を減らせ、第２蓄電デバイス２０の長寿命化が図られる。
【００２９】
この第１蓄電デバイス１０は高出力密度の第１蓄電セル１１から構成されており、第２蓄電デバイス２０は高エネルギ密度の第２蓄電セル２１から構成されている。この各蓄電デバイス１０、２０の電位窓は、１つまたは互いに直列に接続される各蓄電セル１１、２１の数によって調整される。このため、高出力密度および高エネルギ密度の電力貯蔵装置１が容易に実現される。
【００３０】
（変形例１）
図１に示す電力貯蔵装置１は、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０とが並列に接続されたものを蓄電パック２とすると、１つの蓄電パック２により構成されている。しかし、電力貯蔵装置１を構成する蓄電パック２の数はこれに限定されない。たとえば、図４の変形例１を示すように、電力貯蔵装置１は、互いに直列に接続された複数の蓄電パック２により構成されていてもよい。
【００３１】
（変形例２）
図１に示す電力貯蔵装置１では、第１蓄電デバイス１０は１つの第１蓄電モジュール１２により構成され、第２蓄電デバイス２０は１つの第２蓄電モジュール２２により構成されていたが、各蓄電デバイス１０、２０を構成する各蓄電モジュール１２、２２の数はこれに限定されない。たとえば、図５に示すように、変形例２に係る電力貯蔵装置１では、第１蓄電デバイス１０は複数の第１蓄電モジュール１２により構成され、第２蓄電デバイス２０は複数の第２蓄電モジュール２２により構成されている。この場合、各蓄電デバイス１０、２０において、複数の各蓄電モジュール１２、２２は互いに直列に接続されている。
【００３２】
（変形例３）
図１に示す電力貯蔵装置１では、第１蓄電デバイス１０を構成する第１蓄電モジュール１２の数が、第２蓄電デバイス２０を構成する第２蓄電モジュール２２の数と等しかった。しかし、第１蓄電デバイス１０の内部抵抗が第２蓄電デバイス２０の内部抵抗よりも小さく、かつ、第１蓄電デバイス１０の電位窓のすべてまたは一部が第２蓄電デバイス２０の電位窓と重なれば、第１蓄電モジュール１２の数と第２蓄電モジュール２２の数は異なっていてもよい。
【００３３】
たとえば、図６に示すように、変形例３に係る電力貯蔵装置１では、第１蓄電デバイス１０は３つの第１蓄電モジュール１２により構成されているのに対し、第２蓄電デバイス２０は２つの第２蓄電モジュール２２により構成されている。ここで、各第１蓄電モジュール１２の電位窓が２０〜３５Ｖであり、各第２蓄電モジュール２２の電位窓が４０〜５０Ｖであるとする。この場合、第１蓄電モジュール１２と第２蓄電モジュール２２とで比較すると、第１蓄電モジュール１２と第２蓄電モジュール２２との電位窓は重複していない。しかし、第１蓄電デバイス１０の電位窓は６０〜１０５Ｖになり、第２蓄電デバイス２０の電位窓は８０〜１００Ｖになる。すなわち、８０〜１００Ｖの電圧範囲で、各蓄電デバイス１０、２０の電位窓は重複する。このように、第１蓄電デバイス１０の電位窓と第２蓄電デバイス２０の電位窓とが重なるように、第１蓄電モジュール１２の数と第２蓄電モジュール２２の数が調整される。
【００３４】
なお、上述したように、第１蓄電デバイス１０の内部抵抗は、第２蓄電デバイス２０の内部抵抗より低い必要がある。そのため、必要があれば下記実施の形態２で説明する設計思想も組み合わせて、各蓄電デバイス１０、２０の内部抵抗を調整（設定）すればよい。
【００３５】
また、図４に示すように、図６に示す蓄電パック２を複数、直列に接続して、電力貯蔵装置１を構成してもよい。
【００３６】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る電力貯蔵装置１の構成について、図７を参照して説明する。この電力貯蔵装置１では、第１蓄電デバイス１０の電位窓のすべてまたは一部が第２蓄電デバイス２０の電位窓と重なる場合、第１蓄電デバイス１０の内部抵抗が第２蓄電デバイス２０の内部抵抗よりも小さくなるように、第１蓄電セル１１の並列接続数および／または第２蓄電セル２１の並列接続数が設定されている。この第１蓄電セル１１の並列接続数は、第１蓄電デバイス１０において互いに並列に接続されている第１蓄電セル１１の数であり、第２蓄電セル２１の並列接続数は、第２蓄電デバイス２０において互いに並列に接続されている第２蓄電セル２１の数である。
【００３７】
つまり、各蓄電デバイス１０、２０において複数の各蓄電セル１１、２１が直列には接続されておらず並列に接続されている場合、各蓄電デバイス１０、２０の内部抵抗の逆数は各蓄電セル１１、２１の内部抵抗の逆数の和になる。このため、各蓄電セル１１、２１の並列接続数が増加するほど、各蓄電デバイス１０、２０の内部抵抗は低下する。たとえば、図７の例では、第１蓄電デバイス１０の内部抵抗が第２蓄電デバイス２０の内部抵抗よりも小さくなるように、第２蓄電セル２１の並列接続数が３に設定される。なお、この第１蓄電セル１１と第２蓄電セル２１との電位窓が重なっている。
【００３８】
このように、第１蓄電セル１１と第２蓄電セル２１との並列接続数の比によって、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０との出力比を任意に調整することができる。さらに、各蓄電デバイス１０、２０において複数の各蓄電セル１１、２１が直列に接続されると、各蓄電デバイス１０、２０の内部抵抗は各蓄電セル１１、２１の内部抵抗の和になる。このため、第１蓄電セル１１と第２蓄電セル２１との並列接続数および直列接続数の各比によって、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０との出力比の自由度をさらに広げることができる。
【００３９】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る電力貯蔵装置１の構成について、図８を参照して説明する。この電力貯蔵装置１では、１つまたは互いに接続された複数の第１蓄電セル１１と、１つまたは互いに接続された複数の第２蓄電セル２１とが、互いに並列に接続されて蓄電モジュールを構成してもよい。
【００４０】
つまり、実施の形態１に係る電力貯蔵装置１では、１つまたは複数の第１蓄電セル１１が第１ケース１３に収容され、１つまたは複数の第２蓄電セル２１が第２ケース２３に収容されていた。これに対し、実施の形態３に係る電力貯蔵装置１の各蓄電デバイス１０、２０では、互いに並列に接続された、１つまたは互いに接続された複数の第１蓄電セル１１と、１つまたは互いに接続された複数の第２蓄電セル２１とがパッケージされて一体的にケース（パッケージケース）３に収容されている。
【００４１】
このパッケージケース３では第１蓄電セル１１と第２蓄電セル２１との間が断熱されておらず、第１蓄電セル１１および第２蓄電セル２１が１つのパッケージケース３の同じ空間に収められている。この第１蓄電セル１１は第２蓄電セル２１よりも先に充放電される。このため、充放電時に第１蓄電セル１１の反応熱により第２蓄電セル２１が温められてから運転させることができる。たとえば、キャパシタセル１１ａなどの第１蓄電セル１１の性能および品質は温度に依存しないが、二次電池セル２１ａなどの第２蓄電セル２１は、低温での運転により性能が低下したり、劣化が進行したりする。このような場合、第２蓄電セル２１の性能および品質の低下を抑制できるので、電力貯蔵装置１の性能および寿命の低減を抑制することができる。
【００４２】
なお、図９に示すように、各蓄電セル１１、２１は互いに直列に接続されていてもよい。また、各蓄電セル１１、２１は互いに並列に接続されていてもよい。このいずれの場合においても、互いに並列に接続されている第１蓄電セル１１および第２蓄電セル２１は一体的にパッケージケース３に収容されている。この場合、低温環境下であっても、第１蓄電セルの充放電により発生した熱により個々の第２蓄電セルを加温して第２蓄電デバイス全体を効率的に暖機でき、第２蓄電デバイスによる充放電の効率化を図ることができる。
【００４３】
（実施例１）
上記構成の電力貯蔵装置１の特性について、図１０に示す電力貯蔵装置１による検証結果を、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して説明する。具体的には、図１０の電力貯蔵装置１は、一対の配線で構成されるＤＣリンク４により負荷４０に接続されている。電力貯蔵装置１の第１蓄電デバイス１０は１つのキャパシタセル１１ａにより構成され、第２蓄電デバイス２０は１つの二次電池セル２１ａにより構成されている。キャパシタセル１１ａは、その内部抵抗が１．４１１ｍΩであり、残存容量が１００％であり、静電容量が３３００Ｆである。二次電池セル２１ａは、その内部抵抗が８．３３ｍΩであり、残存容量が６４％であり、電流容量が７５Ａｈである。このように、第１蓄電デバイス１０の内部抵抗が第２蓄電デバイス２０の内部抵抗より小さい。なお、第１蓄電デバイス１０の電位窓は第２蓄電デバイス２０の電位窓と重なっている。
【００４４】
この電力貯蔵装置１から４００Ｗを出力（放電）させた際のシミュレーション結果を図１１Ａ〜図１１Ｃに示す。なお、シミュレーションを開始してから５ｓｅｃ後に出力を開始している。図１１Ａ〜図１１Ｃのいずれの図においても実線が第１蓄電デバイス１０に関する値を示し、破線が第２蓄電デバイス２０に関する値を示す。また、図１１Ｂにおける一点鎖線は、電力貯蔵装置１に接続される一対のＤＣリンク４間の電圧を示す。
【００４５】
図１１Ａに示すように、出力開始直後は負荷４０に流れる電流のほとんどが、内部抵抗の小さい第１蓄電デバイス１０から出力されている。その後、図１１Ｃに示す第１蓄電デバイス１０の残存容量の低下に伴い、図１１Ａおよび図１１Ｂに示す第１蓄電デバイス１０の電流および開放電圧が減少する。これにより、第１蓄電デバイス１０の開放電圧に対する第２蓄電デバイス２０の出力電圧が上昇し、主に第２蓄電デバイス２０から負荷４０に対して電流が出力される。
【００４６】
このように、第２蓄電デバイス２０よりも出力密度が高い第１蓄電デバイス１０から優先して出力（放電）される。さらに、その後は、第１蓄電デバイス１０よりもエネルギ密度が高い第２蓄電デバイス２０から主に出力される。よって、ＤＣ/ＤＣコンバータを必要としない小型でかつ単純な電力貯蔵装置１において高エネルギ密度および高出力密度の出力を両立することができる。
【００４７】
（実施例２）
上記高エネルギ密度および高出力密度の出力を両立する電力貯蔵装置１の特性について実施例２の電力貯蔵装置１による検証結果を、図１２Ａ〜図１２Ｂ、および、図１３Ａ〜図１３Ｂを参照して説明する。具体的には、短時間高出力を要す第１負荷および長時間低出力を要す第２負荷についてシミュレーションを行った。この第１負荷に対して、１０秒間、４００Ｗの出力を３回、３０秒間のインターバルを空けて、繰り返した。第２負荷に対して、１２０秒間、２００Ｗの出力を１回、行った。なお、シミュレーションを開始してから５ｓｅｃ後に出力を開始している。また、この実施例２の電力貯蔵装置１には図１０の電力貯蔵装置１を用い、第１負荷および第２負荷には負荷４０を用いた。
【００４８】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、第１負荷のシミュレーション結果では、１０秒間、４００Ｗの出力の際（図１２Ａの期間Ｌ１）、出力される電流のうちのほとんどの電流が第１蓄電デバイス１０から出力される。この期間Ｌ１における第１蓄電デバイス１０の放電によって、第２蓄電デバイス２０と第１蓄電デバイス１０との開放電圧の差が生じる。
【００４９】
その後、３０秒間のインターバル（図１２Ａの期間Ｌ２）には、開放電圧の差によって、第２蓄電デバイス２０から第１蓄電デバイス１０に電流が流れる。この結果、期間Ｌ２において第２蓄電デバイス２０から第１蓄電デバイス１０にエネルギが補充される。
【００５０】
このように、期間Ｌ２において第１蓄電デバイス１０が充電されているため、期間Ｌ２に続く期間Ｌ３では、１０秒間、４００Ｗの出力に対し、出力される電流のうちのほとんどの電流が第１蓄電デバイス１０から出力される。
【００５１】
また、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、第２負荷のシミュレーション結果では、出力開始直後には、出力される電流のうちのほとんどの電流が第１蓄電デバイス１０から出力される。ただし、時間の経過に伴い、第１蓄電デバイス１０の開放電圧が低下して、第１蓄電デバイス１０から出力される電流が低下してゼロに近づく。これにより、第２蓄電デバイス２０から出力される電流が増加する。
【００５２】
このように、短時間高出力を行う第１負荷には、第１蓄電デバイス１０が持つ高出力特性が発揮される。一方、長時間低出力を行う第２負荷には、第２蓄電デバイス２０が持つ高エネルギ特性が発揮される。よって、第１蓄電デバイス１０および第２蓄電デバイス２０の内部抵抗の差を利用することにより、高出力および高エネルギを両立する電力貯蔵装置１を実現することができる。さらに、この特性は、第２蓄電デバイス２０と第１蓄電デバイス１０との内部抵抗の差を利用したものであるため、ＤＣ/ＤＣコンバータが不要となり、電力貯蔵装置１の小型化および制御の簡素化が図られる。
【００５３】
（実施例３）
互いに並列に接続された各蓄電セル１１、２１を備えた電力貯蔵装置１の特性について、図１４Ａに示す実施例３の電力貯蔵装置１による検証結果を、図１４Ｂを参照して説明する。具体的には、図１４Ａの電力貯蔵装置１は、一対の配線で構成されるＤＣリンク４により負荷４０に接続されている。この第１蓄電デバイス１０は、互いに並列に接続された２つのキャパシタセル１１ａにより構成され、第２蓄電デバイス２０は１つの二次電池セル２１ａにより構成されている。キャパシタセル１１ａは図１０のキャパシタセル１１ａと同じであり、二次電池セル２１ａは図１０の二次電池セル２１ａと同じである。
【００５４】
この電力貯蔵装置１について、実施例２の長時間低出力を要す第２負荷と同じシミュレーションを行った。図１４Ａの第１蓄電デバイス１０の内部抵抗は図１０の第１蓄電デバイス１０の内部抵抗の２分の１であり、図１４Ａの第１蓄電デバイス１０の静電容量は図１０の第１蓄電デバイス１０の静電容量の２倍である。このため、図１４Ｂに示すように、出力開始時における図１４Ａの第２蓄電デバイス２０に対する第１蓄電デバイス１０の負荷分担比（電流の比）は図１０の負荷分担比より大きくなる。また、図１４Ａの第１蓄電デバイス１０が第２蓄電デバイス２０よりも多くの負荷を負担する（第１蓄電デバイス１０の電流が第２蓄電デバイス２０の電流よりも大きい）時間も、図１０の時間よりも長くなっている。
【００５５】
このように、各蓄電デバイス１０、２０における各蓄電セル１１、２１の並列接続数によって、第１蓄電デバイス１０と第２蓄電デバイス２０との出力特性および容量を要求に応じて任意に調整することが可能である。
【００５６】
なお、上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の電力貯蔵装置は、小型化および簡素化が図られた、高エネルギ密度および高出力密度を両立する電力貯蔵装置等として有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１      ：電力貯蔵装置
１０    ：第１蓄電デバイス
１１    ：第１蓄電セル
１２    ：第１蓄電モジュール
２０    ：第２蓄電デバイス
２１    ：第２蓄電セル
２２    ：第２蓄電モジュール
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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