(57)【要約】【課題】自己放電が少なく、時間が経過しても瞬時に放電動作を行うことができ、さらに、蓄電装置全体の寸法、体積、質量、発熱量を低減することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】１個のインダクタまたはトランスに対して、対称となるように配列された一対のスイッチ手段を有し、一対のスイッチ手段のうち一方を入力、他方を出力として昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作し、かつ、入力を出力とし、出力を入力としても昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作する対称形ＤＣ／ＤＣコンバータと、対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの入力及び出力のいずれか一方もしくは両方に接続されたリチウムイオンキャパシタとを備える。【選択図】図２
2017042003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個のインダクタまたはトランスに対して、対称となるように配列された一対のスイッチ手段を有し、前記一対のスイッチ手段のうち一方を入力、他方を出力として昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作し、かつ、前記入力を出力とし、前記出力を入力としても昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作する対称形ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの入力及び出力のいずれか一方もしくは両方に接続されたリチウムイオンキャパシタと、
を備えることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記入力及び出力に、電圧センサ及び電流センサを備えるとともに、該電圧センサ及び電流センサに接続された制御手段を備え、
前記電圧センサ及び電流センサから得られる電圧情報及び電流情報に基づき、前記制御手段は、前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記スイッチ手段が、電界効果トランジスタと整流器を並列に接続させてなる電子スイッチにより構成されるブリッジ回路であることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記対称形ＤＣ／ＤＣコンバータが、同期整流方式のコンバータであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記スイッチ手段が、電界効果トランジスタまたはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオンキャパシタを用いた蓄電装置に関し、詳しくは、対称形ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、入出力端子間において双方向に昇圧／降圧が可能に電気エネルギーの伝達が可能な蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車などモーターを利用する車両などでは、ブレーキ時などでモーターが発電したときに、その回生エネルギーをニッケル水素バッテリーや電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に充電することで、エネルギー効率を高めることが行われている。
【０００３】
このようなシステムでは、蓄電装置からモーターへ電気エネルギーを伝達するとともに、モーターからの回生エネルギー（電気エネルギー）を伝達する必要があるが、電気エネルギーの移送に対応した方向と、入出力の電圧比に対応した昇圧比もしくは降圧比で動作する対称形ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられている。
【０００４】
また、住宅や工場などでも用いられているソーラー発電システムでは、ソーラーパネルで発電した電力を一時的に蓄えておくために、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してバッテリーに蓄電することが行われている。
【０００５】
図１８は、従来の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を説明するための回路図である。
図１８に示すように、対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、インダクタ１０２の両端にスイッチ部１０４，１０６と、１０８，１１０との一端を接続し、各スイッチ部１０４，１０６と、１０８，１１０の他端を、各々端子１１２，１１４，１１６，１１８に接続するとともに、各スイッチ部１０４，１０６と、１０８，１１０との各々の間に、コンデンサ１２０，１２２を各々挿入し、端子１１４，１１８を接続して、４端子として構成している。
【０００６】
このように構成された対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、下記表１に示すように動作する。なおここでは、端子１１２を第１端子、端子１１４を第２端子、端子１１６を第３端子、端子１１８を第４端子と呼び、第１及び第２端子を入力、第３及び第４端子を出力とした場合と、第１及び第２端子を出力、第３及び第４端子を入力とした場合とに分けてその動作をまとめている。
【０００７】
【表１】
2017042003.tif 000003
【０００８】
上記表１において、スイッチ部１０４，１０６，１０８，１１０のそれぞれの動作を示しており、表１中において「ＯＮ」は短絡状態、「ＯＦＦ」は開放状態、「ＳＷ」は、例えば、ＰＷＭ制御などにより任意の昇圧比もしくは降圧比となるようにＯＮ−ＯＦＦを断続的に行い制御する状態、「Ｄ」は整流動作を示している。
【０００９】
この対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ１００の端子１１２，１１４，１１６，１１８には、電気二重層キャパシタ１２４などの蓄電手段や、モーター１２６などの負荷が接続され、電気二重層キャパシタ１２４、モーター１２６の電圧や電流などに基づき、スイッチ部１０４，１０６，１０８，１１０の制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３８２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ１００と、電気二重層キャパシタ１２４を備える蓄電装置１３０の場合、電気二重層キャパシタ１２４は電解液中のイオンが電極表面に物理吸着することによる蓄電のため、急速充放電が行えることがメリットとして知られているが、自己放電が大きく、蓄電装置１３０を使用せずに時間が経過すると、自己保持電圧がなくなり、瞬時に放電動作をさせることができないため、初期充電をしなければ放電動作をさせることができない。特に、長時間放置された場合には、より顕著となるが、短時間であっても、自己放電によって目的とする放電が期待できなくなる。
【００１２】
本発明では、このような現状に鑑み、自己放電が少なく、時間が経過しても瞬時に放電動作を行うことができ、さらに、蓄電装置全体の寸法、体積、質量、発熱量を低減することができる蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の蓄電装置は、
１個のインダクタまたはトランスに対して、対称となるように配列された一対のスイッチ手段を有し、前記一対のスイッチ手段のうち一方を入力、他方を出力として昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作し、かつ、前記入力を出力とし、前記出力を入力としても昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作する対称形ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの入力及び出力のいずれか一方もしくは両方に接続されたリチウムイオンキャパシタと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明では、前記入力及び出力に、電圧センサ及び電流センサを備えるとともに、該電圧センサ及び電流センサに接続された制御手段を備え、
前記電圧センサ及び電流センサから得られる電圧情報及び電流情報に基づき、前記制御手段は、前記スイッチ手段を制御することが好ましい。
【００１５】
また、本発明では、前記スイッチ手段が、電界効果トランジスタと整流器を並列に接続させてなる電子スイッチにより構成されるブリッジ回路であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、リチウムイオンキャパシタを用いた蓄電装置とすることにより、充放電効率を向上させるとともに、自己放電を低減させ、時間が経過しても初期充電が不要で、瞬時に放電動作を行うことができる。
【００１７】
また、リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタと比べ、少ないセル数で同じ電圧まで充電することができるため、蓄電装置全体の寸法、体積、質量、発熱量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、第１の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図２】図２は、第２の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図３】図３は、図２の蓄電装置において、第１及び第２端子を入力、第３及び第４端子を出力として、昇圧コンバータとして動作させた場合の等価回路である。
【図４】図４は、図２の蓄電装置において、第１及び第２端子を入力、第３及び第４端子を出力として、降圧コンバータとして動作させた場合の等価回路である。
【図５】図５は、第３の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図６】図６は、第４の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図７】図７は、第５の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図８】図８は、第６の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図９】図９は、第７の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図１０】図１０は、図９の蓄電装置において、第１及び第２端子を入力、第３及び第４端子を出力として、昇圧コンバータとして動作させた場合の等価回路である。
【図１１】図１１は、図９の蓄電装置において、第１及び第２端子を入力、第３及び第４端子を出力として、降圧コンバータとして動作させた場合の等価回路である。
【図１２】図１２は、図９の蓄電装置において、第１及び第２端子を出力、第３及び第４端子を入力として、昇圧コンバータとして動作させた場合の等価回路である。
【図１３】図１３は、図９の蓄電装置において、第１及び第２端子を入力、第３及び第４端子を入力として、降圧コンバータとして動作させた場合の等価回路である。
【図１４】図１４は、第８の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図１５】図１５は、第９の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図１６】図１６は、第１０に実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
【図１７】図１７は、リチウムイオンキャパシタセル（ＬｉＣ）の自己放電と、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の自己放電との違いを説明するためのグラフである。
【図１８】図１８は、従来の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの構成を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２０】
図１は、第１の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
図１に示すように、この実施例の蓄電装置１０は、１個のインダクタ１２に対して、対称となるように配列された一対のスイッチ手段１４，１６を有するＤＣ／ＤＣコンバータ１８を備えており、スイッチ手段１４にはリチウムイオンキャパシタ（以下、「ＬｉＣ」とも言う）２０が接続されている。
【００２１】
一方で、スイッチ手段１６には、例えば、モーター２２が接続されており、ＬｉＣ２０とモーター２２との間で、電気エネルギーの移送が行われるようになっている。なお、スイッチ手段１４，１６は、各々個別に制御することで、入出力の方向や昇圧もしくは降圧を行うことができる。
【００２２】
なお、本実施例では、スイッチ手段１４にのみＬｉＣ２０が接続された構成で説明するが、スイッチ手段１６にのみＬｉＣ２０が接続された構成や、スイッチ手段１４，１６の両方にＬｉＣ２０を接続した構成としてもよい。
【００２３】
図２は、第２の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２４】
この実施例の蓄電装置は、１個のインダクタ１２の両端に、スイッチ手段１４ａ，１４ｂと１６ａ，１６ｂとの一端を接続し、各スイッチ手段１４ａ，１４ｂと１６ａ，１６ｂの他端を、各々第１端子２４ａ、第２端子２４ｂ、第３端子２６ａ、第４端子２６ｂに接続するとともに、各スイッチ手段１４ａ，１４ｂと１６ａ，１６ｂとの各々の間に、コンデンサ２８，３０を各々挿入し、第２端子２４ｂと第４端子２６ｂとを接続して、４端子として構成している。
【００２５】
また、スイッチ手段１４ａ，１４ｂにはＬｉＣ２０が接続されており、一方で、スイッチ手段１６ａ，１６ｂにはモーター２２が接続されている。
なお、第１端子２４ａと第２端子２４ｂ間には、ＬｉＣ２０の電圧を計測する電圧センサが接続され、第１端子２４ａとＬｉＣ２０との間には、ＬｉＣ２０に流れる電流を計測する電流センサが接続されている。
【００２６】
同様に、第３端子２６ａと第４端子２６ｂ間には、モーター２２の電圧を計測する電圧センサが接続され、第３端子２６ａとモーター２２との間には、モーター２２に流れる電流を計測する電流センサが接続されている。
【００２７】
また、電圧センサ５０、電流センサ５２は、制御手段５４と接続されており、制御手段は、電圧センサ、電流センサから得られる電圧情報及び電流情報に基づき、スイッチ手段１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂの「ＯＮ」「ＯＦＦ」の切替えなどを行うように構成されている。
【００２８】
このように構成された蓄電装置１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、下記表２のように、各スイッチ手段１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂを制御することで、入出力の方向や昇圧もしくは降圧の制御を実現している。
【００２９】
【表２】
2017042003.tif 000004
【００３０】
上記表２において、スイッチ手段１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂのそれぞれの動作を示しており、表１中において「ＯＮ」は短絡状態、「ＯＦＦ」は開放状態、「ＳＷ」は、例えば、ＰＷＭ制御などにより任意の昇圧比もしくは降圧比となるようにＯＮ−ＯＦＦを断続的に行い制御する状態、「Ｄ」は整流動作を示している。
【００３１】
以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の動作をより詳細に説明する。
第１及び第２端子２４ａ，２４ｂを入力、第３及び第４端子２６ａ，２６ｂを出力として、昇圧コンバータとして動作させた場合には、表２に示すようにスイッチ手段１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂを制御することで、図３に示すような回路構成となる。なお、符号５６は整流器（ダイオード）、符号５８はスイッチを表している。
【００３２】
また、第１及び第２端子２４ａ，２４ｂを入力、第３及び第４端子２６ａ，２６ｂを出力として、降圧コンバータとして動作させた場合には、表２に示すようにスイッチ手段１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂを制御することで、図４に示すような回路構成となる。
【００３３】
また、第１及び第２端子２４ａ，２４ｂを出力、第３及び第４端子２６ａ，２６ｂを入力とした場合も、スイッチ手段の動作を、スイッチ手段１４ａと１６ａ、１４ｂと１６ｂをそれぞれ入れ替えただけで、同様な動作を実現できる。
【００３４】
図５は、第３の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１，２に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３５】
この実施例では、図２に示す蓄電装置１０において、スイッチ手段１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂとして、スイッチ回路３２と整流器３４とを並列に接続した構成を備えている。
【００３６】
このように構成された蓄電装置１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、下記表３のように、スイッチ回路３２の各スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを制御することで、入出力の方向や昇圧もしくは降圧の動作を実現している。
【００３７】
【表３】
2017042003.tif 000005
【００３８】
この実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１８では、各スイッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの動作を「ＯＦＦ」とした場合には、並列に整流器３４が接続されているため、スイッチ手段の動作は整流動作となる。このため、表２において開放状態「ＯＦＦ」となる部分がすべて、表３においては整流動作「Ｄ」に入れ替わる。
【００３９】
しかしながら、開放状態が整流動作に変更された箇所は、スイッチ手段の整流器に対して順方向に電圧がかからないため、開放状態と等価となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８としては、表２に示したものと同じ動作を行うことができる。
【００４０】
したがって、本実施例の蓄電装置１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１８では、スイッチ回路３２の「ＯＮ」と「ＯＦＦ」のみを制御することで、入出力の方向や昇圧もしくは降圧の制御を実現している。
【００４１】
図６は、第４の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１〜５に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４２】
この実施例では、図５に示す蓄電装置１０において、スイッチ回路３２に、電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」と言う）３６を用いた場合を示し、このＦＥＴ３６のボディーダイオード３８を整流器として利用できる。
【００４３】
しかしながら、図６に示すように、ボディーダイオード３８よりも順電圧Ｖｆが低く、リカバリー時間の短い高性能な整流器３４を、ＦＥＴ３６のボディーダイオード３８に各々同じ方向で並列に接続すれば、ボディーダイオード３８に影響なく、対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ１８として動作できる。
【００４４】
なお、変換する電流が大きい場合には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の方が、ゲートの応答速度がＦＥＴよりも良好であるため、ＦＥＴの代わりにＩＧＢＴを用いることが好ましい。
【００４５】
図７は、第５の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１〜６に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４６】
この実施例では、図６に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１８の整流動作を同期整流によって実現し、効率を改善している。
具体的には、図７に示すように、オペアンプ４０の出力がマイナス側に飽和せずにアナログ制御できるように、整流器４２をＦＥＴ３６の一端に抵抗４４を介して接続した構成となっている。
【００４７】
このように、同期整流を行うことにより、適正なタイミング制御が行えるため変換効率が向上され、また、軽負荷での高調波ノイズの抑制が行える。
また、定格負荷時にはＰＷＭ制御を行い、軽負荷時ではＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御を行うことにより、スイッチング損失を減らすことができ、高効率変換が行える。
さらに、モーター２２などの負荷変動に対する過渡応答性を向上させることができる。
【００４８】
図８は、第６の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１〜７に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４９】
この実施例では、図１に示す蓄電装置１０において、インダクタ１２の代わりにトランス１３を備えている。
このように、トランス１３を用いた場合であっても、スイッチ手段１４，１６の「ＯＮ」「ＯＦＦ」を制御することで、入出力の方向や昇圧もしくは降圧を行うことができる。
【００５０】
なお、本実施例のように対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ１８として動作させる場合には、トランス１３の１次巻線１３ａと２次巻線１３ｂの巻線比は１：１であることが好ましいが、必要に応じて最適な巻線比に適宜変更することができる。また、絶縁型のトランスを用いれば、入力側と出力側との絶縁が行えるため、入出力への影響を極力抑えることができる。
【００５１】
図９は、第７の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１〜８に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、説明を簡略化するため、一部の構成要素を省略している。
【００５２】
この実施例では、図８に示す蓄電装置１０において、スイッチ手段１４として、ＦＥＴ３６と整流器３４を並列に接続させた電子スイッチ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄにより構成されるブリッジ回路としている。
【００５３】
また、スイッチ手段１６も同様に、ＦＥＴ３６と整流器３４を並列に接続させた電子スイッチ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄにより構成されるブリッジ回路としている。
このように構成された蓄電装置１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、下記表４のように、各電子スイッチ４６ａ〜４６ｄ，４８ａ〜４８ｄを制御することで、入出力の方向や昇圧もしくは降圧の制御を実現している。
【００５４】
【表４】
2017042003.tif 000006
【００５５】
表４において、「ＯＮ」は短絡状態、「ＯＮ*」は、短絡状態であっても、例えば、ＰＷＭ制御などにより任意の昇圧比もしくは降圧比となるようにＯＮ−ＯＦＦを断続的に行い制御する状態であってもよく、「ＯＦＦ」は開放状態を示す。
【００５６】
以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の動作をより詳細に説明する。
第１及び第２端子２４ａ，２４ｂを入力、第３及び第４端子２６ａ，２６ｂを出力として、昇圧コンバータとして動作させた場合には、表４に示すように電子スイッチ４６ａ〜４６ｄ，４８ａ〜４８ｄを制御することで、図１０に示すような回路構成となり、電流は、図１０の矢印で示す方向に流れる。
【００５７】
また、第１及び第２端子２４ａ，２４ｂを入力、第３及び第４端子２６ａ，２６ｂを出力として、降圧コンバータとして動作させた場合には、表４に示すように電子スイッチ４６ａ〜４６ｄ，４８ａ〜４８ｄを制御することで、図１１に示すような回路構成となり、電流は、図１０の矢印で示す方向に流れる。
【００５８】
また、第１及び第２端子２４ａ，２４ｂを出力、第３及び第４端子２６ａ，２６ｂを入力として、昇圧コンバータとして動作させた場合には、表４に示すように電子スイッチ４６ａ〜４６ｄ，４８ａ〜４８ｄを制御することで、図１２に示すような回路構成となり、電流は、図１０の矢印で示す方向に流れる。
【００５９】
また、第１及び第２端子２４ａ，２４ｂを出力、第３及び第４端子２６ａ，２６ｂを入力として、降圧コンバータとして動作させた場合には、表４に示すように電子スイッチ４６ａ〜４６ｄ，４８ａ〜４８ｄを制御することで、図１３に示すような回路構成となり、電流は、図１０の矢印で示す方向に流れる。
【００６０】
図１４は、第８の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１〜１３に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６１】
この実施例では、図９に示す蓄電装置１０において、トランス１３の１次巻線１３ａと２次巻線１３ｂにそれぞれインダクタ５６を直列に接続している。
このようにインダクタを設けることによって、リップルを抑制することができるため、例えば、ＰＷＭ制御などを行う場合に、スイッチング速度を上げずともリップルを低減することができる。
【００６２】
図１５は、第９の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１〜１４に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６３】
この実施例では、図９に示す蓄電装置１０において、電子スイッチ４８ｃと第３端子２６ａとの間にインダクタ５６を挿入している。
このようにインダクタを挿入することによって、リップルを抑制することができるため、例えば、ＰＷＭ制御などを行う場合に、スイッチング速度を上げずともリップルを低減することができる。
【００６４】
図１６は、第１０の実施形態における蓄電装置の構成を説明するための回路図である。
この実施例の蓄電装置１０は、基本的には、図１〜１５に示す蓄電装置１０と同様な構成であり、動作も同様であるため、同様の構成部材には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６５】
この実施例では、図９に示す蓄電装置１０において、電子スイッチ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄのＦＥＴ３６の代わりに、ＩＧＢＴ３７を用いた構成としている。
ＦＥＴの代わりに、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることによって、ゲートの応答速度が高速となり、電流の変換効率が向上する。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明してきたが、本発明のように、電気二重層キャパシタの代わりにリチウムイオンキャパシタを用いることによって、どの程度エネルギー効率を高められるかを以下に説明する。
【００６７】
静電容量Ｃ［Ｆ］のキャパシタに、電圧Ｖ［Ｖ］で充電されているとき、そのキャパシタに蓄えられた電荷をＱ［Ｃ］とすると、このキャパシタが持つエネルギーＥ［Ｊ］は、下記式（１）のように表せる。
【００６８】
【数１】
2017042003.tif 000007
【００６９】
また、電荷Ｑは下記式（２）のように表せる。
【数２】
2017042003.tif 000008
【００７０】
式（２）を式（１）に代入することにより、キャパシタが持つエネルギーＥは下記式（３）のように表せる。
【数３】
2017042003.tif 000009
【００７１】
ＬｉＣの充放電電圧の範囲は、２．２Ｖ〜３．８Ｖである。一方で、電気二重層キャパシタの充放電電圧の範囲は、実用的には、１．０Ｖ〜２．５Ｖである。
このため、ＬｉＣが蓄電可能なエネルギーは、式（３）から、下記式（４）のように求めることができる。
【００７２】
【数４】
2017042003.tif 000010
【００７３】
また、電気二重層キャパシタの蓄電可能なエネルギーは、式（３）から、下記式（５）のように求めることができる。
【数５】
2017042003.tif 000011
【００７４】
ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率ηを０．９とすると、実際に蓄電可能なエネルギーとしてはＬｉＣが４．３２［Ｊ］、電気二重層キャパシタが２．３６［Ｊ］となり、電気二重層キャパシタに比べてＬｉＣの方が蓄電可能なエネルギーが５０％程度大きい。
【００７５】
放電可能なエネルギーについても、蓄電可能なエネルギーと同様であるが、ＤＣ／ＤＣコンバータの特性から、電圧の低いキャパシタからエネルギーを取り出す場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路損失により変換効率が下がってしまう。
【００７６】
すなわち、電気二重層キャパシタのように蓄電電圧が低いと、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路損失により大きな電流を取り出すことができず、時間が経過した場合には、瞬時に放電動作を行うことができないが、蓄電電圧の高いＬｉＣを用いることによって、時間が経過したとしても、瞬時に放電動作を行うことができる。
【００７７】
このように、１つのリチウムイオンキャパシタに対し、１つの電気二重層キャパシタは変換効率が１／２以下となってしまうため、同様のエネルギーを貯蔵するために、複数の電気二重層キャパシタセルを配置する必要性が生じるため、必然的にエネルギー密度が低下する。
【００７８】
これに対して、リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタよりも変換効率が高いため、複数のリチウムイオンキャパシタセルを配置せずとも、所望の電荷を蓄電することができるため、高エネルギー密度の蓄電装置とすることができる。
【００７９】
また、図１７に示すように、リチウムイオンキャパシタセルの自己放電は、電気二重層キャパシタセルの自己放電と比べて小さく、蓄電装置１０にリチウムイオンキャパシタを採用することによって、時間が経過しても初期充電が不要で、瞬時に放電動作を行うことが可能となる。
【００８０】
なお、図１７に示す試験結果は、リチウムイオンキャパシタセルは３．８Ｖ、電気二重層キャパシタセルは２．５ＶとなるようにＣＣＣＶ充電で３０分間充電を行った後、保存温度２５℃にて、１時間おきにセル電圧の測定を行っている。
【符号の説明】
【００８１】
１０      蓄電装置
１２      インダクタ
１３      トランス
１３ａ    １次巻線
１３ｂ    ２次巻線
１４      スイッチ手段
１６      スイッチ手段
１４ａ    スイッチ手段
１４ｂ    スイッチ手段
１６ａ    スイッチ手段
１６ｂ    各スイッチ手段
１８      コンバータ
２０      リチウムイオンキャパシタ
２２      モーター
２４ａ    第１端子
２４ｂ    第２端子
２６ａ    第３端子
２６ｂ    第４端子
２８      コンデンサ
３０      コンデンサ
３２      スイッチ回路
３２ａ    スイッチ
３２ｂ    スイッチ
３２ｃ    スイッチ
３２ｄ    スイッチ
３４      整流器
３６      ＦＥＴ
３７      ＩＧＢＴ
３８      ボディーダイオード
４０      オペアンプ
４２      整流器
４４      抵抗
４６ａ    電子スイッチ
４６ｂ    電子スイッチ
４６ｃ    電子スイッチ
４６ｄ    電子スイッチ
４８ａ    電子スイッチ
４８ｂ    電子スイッチ
４８ｃ    電子スイッチ
４８ｄ    電子スイッチ
５０      電圧センサ
５２      電流センサ
５４      制御手段
１００    コンバータ
１０２    インダクタ
１０４    スイッチ部
１０６    スイッチ部
１０８    スイッチ部
１１０    スイッチ部
１１２    第１端子
１１４    第２端子
１１６    第３端子
１１８    第４端子
１２０    コンデンサ
１２２    コンデンサ
１２４    電気二重層キャパシタ
１２６    モーター
１３０    蓄電装置
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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