(57)【要約】【課題】バランス回路としていろいろな方法が考案されているが、構成が簡単な並列抵抗を用いる方式は抵抗の電力損失で大きなエネルギーロスが発生することが課題であり、アクティブ方式は損失は少ないが回路構成が複雑になりコストアップと信頼性の面で課題があり、どの方式も課題を抱えている。【解決手段】  本発明による蓄電装置は、直列接続された複数の蓄電ユニット(U1〜U6)を備え、前記複数の蓄電ユニット(U1〜U6)の各々(Ui)は、１つの二次電池セル(Bi)または直列接続された複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)と、前記１つ(Bi)または複数(Bi1,Bi2)の二次電池セルと並列に接続された１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)とを備える、ことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の蓄電ユニット(U1〜U6)を備え、
前記複数の蓄電ユニット(U1〜U6)の各々(Ui)は、
１つの二次電池セル(Bi)または直列接続された複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)と、
前記１つ(Bi)または複数(Bi1,Bi2)の二次電池セルと並列に接続された１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)とを備える、
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記１つ(Bi)または複数(Bi1,Bi2)の二次電池セルの耐圧は、前記１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)の耐圧以下である、
ことを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
１つの二次電池セル(Bi)または直列接続された複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)と、
前記１つ(Bi)または複数(Bi1,Bi2)の二次電池セルと並列に接続された１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)とを備える、
ことを特徴とする蓄電ユニット(Ui)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛電池等の二次電池と電気二重層キャパシタ(EDLC：Electric Double Layer Capacitor)とを組み合わせた蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境対応で自動車の燃費削減のための技術開発と実用化が加速している。
【０００３】
自動車の燃費向上技術として最もよく知られるのは、エンジンとモータを駆動源として搭載し、かつ回生エネルギーを回収するための蓄電デバイスをもつハイブリッド自動車である。ハイブリッド自動車は燃費向上効果は大きいものの、通常のガソリンエンジンの自動車に比較してモータや蓄電装置が必要になるのでコストアップとなる。
【０００４】
一方、燃費向上効果はハイブリッド車ほど大きくないものの、通常のガソリン車ベースの構成で燃費向上ができる技術としてアイドリングストップがある。信号で停止時など車速がゼロの状態ではエンジンをOFFするアイドリングストップは、都会の路線バスなどに実用化され大きな燃費向上効果を上げているが、アイドリングストップをしない普通の自動車に比較してエンジンの停止・起動回数が桁違いに多くなるため、電池への負担が大きく、汎用の自動車用鉛電池では電池寿命(容量低下)が短くなることが大きな課題となっている。
【特許文献１】実開平5-23527号公報
【非特許文献１】「電気二重層キャパシタとの組み合わせによる鉛電池の性能改善の可能性−簡易型バッテリーキャパシタモジュール(BCM)について−」FBテクニカルニュースNo.59,P.22-26,2003.11
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に鉛電池などの二次電池はエネルギー出力特性(エネルギー密度)に優れるが、短時間に大出力が必要なエンジンスタータ用途(セルモータ起動)では、電池の内部抵抗と放電反応時間の制限で電圧降下が大きくなり、必要な出力が出せないだけでなく寿命特性にも大きな影響を及ぼすことが知られている。
【０００６】
この問題を解決するため、図３に示すように鉛電池と出力特性に優れるEDLCモジュールとを並列に接続して使うことによって、蓄電モジュールとしての出力を確保し、同時に二次電池の寿命低下も改善させようとする検討がされており、[非特許文献１]のような報告がなされている。
【０００７】
自動車用途で二次電池とEDLCを並列に接続して蓄電モジュールを構成する場合、二次電池として12Vの鉛電池が使われることがほとんどである。この鉛電池は、図３に示すように、2Vの単セルを6個(B1〜B6)直列に接続してこれをケースに収納した構造になっている。一方、上記鉛電池に並列接続するEDLCモジュールは、こちらもEDLCの単セル電圧が2.5V程度のため、自動車の12V系電源に接続するには図３に示すように6個の単セル(C1〜C6)を直列接続した15Vのモジュールが使われることが多い。
【０００８】
また、EDLCを多数直列接続して使う場合は、図３に示すように、各セルの電圧を均等化するためのバランス回路の搭載が必要である。このバランス回路については、例えば[特許文献１]に開示されているように数々の方法が考案されている。バランス回路が搭載されていない場合には、直列接続した各セルの漏れ電流のばらつきにより、各セルにかかる電圧にアンバランスが生じ、特定のセルに定格以上の電圧が印加された状態になり、過電圧が印加されたセルは寿命特性に大きな悪影響を受ける。
【０００９】
バランス回路としていろいろな方法が考案されているが、構成が簡単な並列抵抗を用いる方式は抵抗の電力損失で大きなエネルギーロスが発生することが課題であり、アクティブ方式は損失は少ないが回路構成が複雑になりコストアップと信頼性の面で課題があり、どの方式も課題を抱えている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による蓄電装置は、直列接続された複数の蓄電ユニット(U1〜U6)を備え、前記複数の蓄電ユニット(U1〜U6)の各々(Ui)は、１つの二次電池セル(Bi)または直列接続された複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)と、前記１つ(Bi)または複数(Bi1,Bi2)の二次電池セルと並列に接続された１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)とを備える、ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記１つ(Bi)または複数(Bi1,Bi2)の二次電池セルの耐圧は、前記１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)の耐圧以下である、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明による蓄電ユニット(Ui)は、１つの二次電池セル(Bi)または直列接続された複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)と、前記１つ(Bi)または複数(Bi1,Bi2)の二次電池セルと並列に接続された１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)とを備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
一般に、鉛電池に代表される二次電池は定電圧特性を有するため、SOC(State OF Charge:充電状態)の変化に対して電圧変動は小さい。このため、１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)と１つの二次電池セル(Bi)とを並列接続して蓄電ユニット(Ui)を構成した場合、当該電気二重層キャパシタセル(Ci)の電圧は当該二次電池セル(Bi)の電圧(鉛電池の単セルの場合、約2V)で規定されることになる。直列接続された複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)と１つの電気二重層キャパシタセル(Ci)とを並列接続して蓄電ユニット(Ui)を構成した場合も同様に、当該電気二重層キャパシタセル(Ci)の電圧は当該複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)の電圧(NiMH電池の単セルが２つ直列接続された場合、約2.4V(＝約1.2×2))で規定されることになる。
【００１４】
本発明による蓄電装置は、上記のような蓄電ユニット(Ui)を複数個(U1〜U6)直列に接続して構成されている。このため、直列接続された複数の電気二重層キャパシタセル(C1〜C6)において漏れ電流のばらつきがあっても、各電気二重層キャパシタセル(Ci)の電圧は、その電気二重層キャパシタセル(Ci)に並列接続されている１つの二次電池セル(Bi)または複数の二次電池セル(Bi1,Bi2)の電圧で規定される。したがって、各電気二重層キャパシタセル(Ci)間で電圧アンバランスが生じることはない。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、各電気二重層キャパシタセル(Ci)の電圧を均等化するためのバランス回路を設けずとも、各電気二重層キャパシタセル(Ci)の電圧を均等化することができる。同時に、従来のバランス回路が有するさまざまな課題も解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面において同一または相当部分には同じ参照符号を付けている。また、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１７】
(第１の実施形態)
本発明の第１の実施形態による蓄電装置の構成を図１に示す。この蓄電装置は、直列接続された複数(ここでは６個)の蓄電ユニット(U1〜U6)を備える。各蓄電ユニット(Ui)[i＝1〜6]は、鉛電池の単セル(Bi)と、電気二重層キャパシタ(EDLC)の単セル(Ci)とを備える。鉛電池の単セル(Bi)とEDLCの単セル(Ci)は並列に接続されている。鉛電池の単セル(Bi)の耐圧は約2Vであり、EDLCの単セル(Ci)の耐圧は約2.5Vである。
【００１８】
一般に、鉛電池に代表される二次電池は定電圧特性を有するため、SOC(State OF Charge:充電状態)の変化に対して電圧変動は小さい。このため、図１のようにEDLCの単セル(Ci)と鉛電池の単セル(Bi)とを並列接続して蓄電ユニット(Ui)を構成した場合、当該EDLCの単セル(Ci)の電圧は当該鉛電池の単セル(Bi)の電圧(約2V)で規定されることになる。また、鉛電池の単セル(Bi)の耐圧(約2V)はEDLCの単セル(Ci)の耐圧(約2.5V)以下であるため、EDLCの単セル(Ci)に過電圧が印加されることはない。
【００１９】
本実施形態による蓄電装置は、上記のような蓄電ユニット(Ui)を６個(U1〜U6)直列に接続して構成されている。このため、直列接続された６個のEDLC単セル(C1〜C6)において漏れ電流のばらつきがあっても、各EDLC単セル(Ci)の電圧は、そのEDLC単セル(Ci)に並列接続されている鉛電池の単セル(Bi)の電圧で規定される。したがって、各EDLC単セル(Ci)間で電圧アンバランスが生じることはない。
【００２０】
すなわち、本実施形態によれば、各EDLC単セル(Ci)の電圧を均等化するためのバランス回路を設けずとも、各EDLC単セル(Ci)の電圧を均等化することができる。同時に、従来のバランス回路が有するさまざまな課題も解決される。
【００２１】
なお、ここでは６個の蓄電ユニット(U1〜U6)を直列接続した蓄電装置を例に挙げて説明したが、直列接続される蓄電ユニット(Ui)の数は６個に限られず、用途に応じて適宜変更可能である。
【００２２】
(第２の実施形態)
本発明の第２の実施形態による蓄電装置の構成を図２に示す。この蓄電装置は、図１に示した蓄電装置の各蓄電ユニット(Ui)[i＝1〜6]における鉛電池の単セル(Bi)に代えて、直列接続された２個のNiMH電池セル(Bi1,Bi2)を設けたものである。
【００２３】
図２のようにEDLC単セル(Ci)と２個のNiMH電池セル(Bi1,Bi2)とを並列接続して蓄電ユニット(Ui)を構成した場合、当該EDLC単セル(Ci)の電圧は当該直列接続された２個のNiMH電池セル(Bi1,Bi2)の電圧で規定されることになる。NiMH電池の単セルの耐圧は約1.2Vであるため、直列接続された２個のNiMH電池セル(Bi1,Bi2)の耐圧は約2.4Vである。直列接続された２個のNiMH電池セル(Bi1,Bi2)の耐圧(約2.4V)はEDLC単セル(Ci)の耐圧(約2.5V)以下であるため、EDLCの単セル(Ci)に過電圧が印加されることはない。
【００２４】
以上のように構成された蓄電装置によっても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２５】
なお、ここでは鉛電池の単セル(Bi)に代えて、直列接続された２個のNiMH電池セル(Bi1,Bi2)を設けた場合を例に挙げて説明したが、各蓄電ユニット(Ui)においてEDLC単セル(Ci)と並列接続される二次電池はこれに限られない。EDLC単セル(Ci)と並列接続される二次電池の単セル(または複数の直列接続された二次電池セル)の耐圧がEDLC単セル(Ci)の耐圧以下であればよい。この条件の下で、用途に応じた二次電池を利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明による蓄電装置は、アイドリングストップ自動車用の蓄電装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態による蓄電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による蓄電装置の構成を示す図である。
【図３】鉛電池とEDLCモジュールとを並列に接続した従来の蓄電装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
U1〜U6……蓄電ユニット
B1〜B6……鉛電池セル
C1〜C6……EDLCセル
B11〜B62…NiMH電池セル
【図１】
2009199830.tif 000003
【図２】
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【図３】
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