JP2001119866A - 電気二重層キャパシタを用いた蓄電システム - Google Patents

電気二重層キャパシタを用いた蓄電システム

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JP2001119866A
JP2001119866A JP29551399A JP29551399A JP2001119866A JP 2001119866 A JP2001119866 A JP 2001119866A JP 29551399 A JP29551399 A JP 29551399A JP 29551399 A JP29551399 A JP 29551399A JP 2001119866 A JP2001119866 A JP 2001119866A
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Kazuya Mori
森  和也
Akio Hasebe
章雄 長谷部
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体の内部抵抗を最小とし、かつエネルギー
密度を向上させた電気二重層キャパシタを用いた蓄電シ
ステムを得る。 【解決手段】 複数の電気二重層キャパシタを接続して
構成した、電気二重層キャパシタを用いた蓄電システム
であって、前記複数の電気二重層キャパシタは、直列接
続および並列接続を組み合わせて接続されており、かつ
前記複数の電気二重層キャパシタの個々の静電容量の
値、および内部抵抗の値を考慮して、前記接続時の個々
の電気二重層キャパシタの配置が設定されていて、各電
気二重層キャパシタの配置を、個々に、その内部抵抗の
小さい順番に配列した電気二重層キャパシタを用いた蓄
電システムとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタを用いた蓄電システムに関し、複数の電気二重層キ
ャパシタを直列および並列に接続した、電気二重層キャ
パシタを用いた蓄電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気二重層キャパシタについて、
以下説明する。電気二重層キャパシタは、従来の二次電
池と比較して、化学変化を伴わないために、高出力密
度、長いサイクル寿命、エネルギー残量測定が容易、低
公害性など有用な特長を数多く備えている。ここで、実
用的に必要な静電容量および耐電圧を得るために、電気
二重層キャパシタを直列および並列に接続して使用して
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気二重層キャ
パシタは、以下の問題点があった。即ち、電気二重層キ
ャパシタの静電容量および内部抵抗にばらつきがあるた
めに、電気二重層キャパシタを直列および並列に接続し
た蓄電システムについて、全体の耐電圧が低くなり、更
に、耐電圧が低くなった上に、過大な電圧を印加した場
合にサイクル寿命にも影響し、劣化の原因となってい
た。特に、電気二重層キャパシタを用いた蓄電システム
では、そのエネルギー密度は静電容量に比例するが、そ
れ以上に電圧の二乗に比例するため、耐電圧の向上が電
気二重層キャパシタのエネルギー密度を高めるための課
題となっていた。
【0004】従来では、電気二重層キャパシタの内部抵
抗のばらつきが大きく影響することの対策として、電気
二重層キャパシタを直列接続した際に、それぞれの電気
二重層キャパシタの電圧を均一にするための電圧平準化
回路を追加にて接続していた。しかしながら、これらの
技術的対策がなされても、電気二重層キャパシタの静電
容量および内部抵抗のばらつきにより、電圧平準化回路
内でのエネルギーの損失は避けられなかった。従って、
エネルギー密度が小さい電気二重層キャパシタにとっ
て、上記の問題点は、従来の二次電池の場合と比べて、
非常に大きな問題であった。
【0005】従って、本発明の目的は、全体の内部抵抗
を最小とし、かつエネルギー密度を向上させた電気二重
層キャパシタを用いた蓄電システムを提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の電気二
重層キャパシタを用いた蓄電システムの欠点を除去し、
簡単な方法でエネルギー損失を抑えた電気二重層キャパ
シタを用いた蓄電システムを提供するものである。
【0007】本発明の電気二重層キャパシタを用いた蓄
電システムによれば、電気二重層キャパシタで構成して
いる蓄電システムにおいて、複数の電気二重層キャパシ
タを直列および並列に接続する際に、電気二重層キャパ
シタの静電容量および内部抵抗のばらつきを考慮して、
蓄電効率を高くして所定のエネルギー密度になるように
構成にする電気二重層キャパシタを用いた蓄電システム
を提供するものである。
【0008】即ち、本発明は、複数の電気二重層キャパ
シタを接続して構成した、電気二重層キャパシタを用い
た蓄電システムであって、前記複数の電気二重層キャパ
シタは、直列接続および並列接続を組み合わせて接続さ
れており、かつ前記複数の電気二重層キャパシタの個々
の静電容量の値、および内部抵抗の値に対応して、前記
接続時の個々の電気二重層キャパシタの配置が設定され
た電気二重層キャパシタを用いた蓄電システムである。
【0009】また、本発明は、前記電気二重層キャパシ
タを用いた蓄電システムにおいて、前記複数の電気二重
層キャパシタを直列および並列に接続する際に、設定し
た静電容量を得ることができるように電気二重層キャパ
シタを並列接続してモジュールを構成し、ついで、設定
した電圧を得ることができるように前記並列接続したモ
ジュールを直列接続して全体のモジュールを構成した電
気二重層キャパシタを用いた蓄電システムである。
【0010】また、本発明は、前記電気二重層キャパシ
タを用いた蓄電システムにおいて、前記複数の電気二重
層キャパシタを並列接続したモジュールを、順次直列接
続する場合において、各電気二重層キャパシタの配置
を、個々に、その内部抵抗の小さい順番に、第一番目の
並列接続したモジュールから順次、最後の並列接続した
モジュールに向かって配列され、ついで、前記最後の並
列接続したモジュールから、先の第一番目の並列接続し
たモジュールに向かって順番に配列され、前記配列方向
の繰り返しを行なって形成した電気二重層キャパシタを
用いた蓄電システムである。
【0011】
【実施例】本発明の実施例による電気二重層キャパシタ
を用いた蓄電システムについて、以下、説明する。
【0012】図1は、電気二重層キャパシタを直列に接
続したモジュールを並列に接続した場合の回路図であ
り、図2は、電気二重層キャパシタを並列に接続したモ
ジュールを直列に接続した場合の回路図である。
【0013】従来、電気二重層キャパシタの内部抵抗の
ばらつきが大きいと、全体の耐電圧が下がり、エネルギ
ー密度が減少するため、電圧平準化回路を設けて全体の
耐電圧を所定の値になるようにしている。しかしなが
ら、個々の電気二重層キャパシタの内部抵抗が過大にば
らつくと電圧平準化回路内での損失が無視できず、ま
た、全体の内部抵抗は、エネルギー損失の面から小さい
方が良い。
【0014】そこで、本発明では、電気二重層キャパシ
タの内部抵抗にばらつきがある場合でも全体の蓄電シス
テムの内部抵抗が最小になるように、即ち、エネルギー
損失が最小になるように、その電気二重層キャパシタの
構成を考えている。
【0015】図1と図2の構成について、以下説明す
る。ここで、簡単のために、4個の電気二重層キャパシ
タを、図4および図5のように構成し、その内部抵抗か
らエネルギー損失について考察する。
【0016】図4は、2組の電気二重層キャパシタC
とCおよびCとCを直列に接続したモジュールを
並列に接続した場合の回路図である。また、図5は、2
組の電気二重層キャパシタCとCおよび電気二重層
キャパシタCとCを並列に接続したモジュールを直
列に接続した場合の回路図である。
【0017】これらの蓄電システムにおいて、電気二重
層キャパシタの内部抵抗がばらつくことにより、蓄電シ
ステムの内部抵抗が大きくなり、エネルギー損失が生じ
ると考えられる。
【0018】そこで、電気二重層キャパシタC〜C
の内部抵抗をそれぞれR〜Rとして、図4の構成の
蓄電システムの内部抵抗のモデル回路を図6に、図5の
構成の蓄電システムの内部抵抗のモデル回路を図7に示
す。そのモデル回路から蓄電システム全体の内部抵抗R
spおよびRpsは、次の式(1)および式(2)のように表す
ことができる。
【0019】 Rsp=[(R+R)×(R+R)]/(R+R+R+R)・・・・ ・(1)
【0020】 Rsp= (R×R)/(R+R)+(R×R)/(R+R) ・・・ ・(2)
【0021】ここで、例えば、電気二重層キャパシタC
〜Cの内部抵抗は、設計値のR (Ω)として、電
気二重層キャパシタCの内部抵抗がR±20%であ
るとすると、RspおよびRpsは、図8のように求められ
る。
【0022】図8より、図5の構成の蓄電システムの内
部抵抗に比べて図4の構成の蓄電システムの内部抵抗の
方が常に低いことが分かる。即ち、図4のような構成の
蓄電システムに比べて、図5のような構成の蓄電システ
ムの方が、同じ電気二重層キャパシタを用いた場合にエ
ネルギー損失を小さくすることができる。
【0023】実際に、内部抵抗が±5%ばらつきがある
電気二重層キャパシタを用いて図1および図2のように
回路構成し、蓄電システムの内部抵抗を比較した。電気
二重層キャパシタの内部抵抗の設計値は、R=1.0
0Ωであるために、ばらつきがない場合、蓄電システム
全体の内部抵抗は、1.00Ωになるのが最も理想であ
る。
【0024】しかしながら、個々の電気二重層キャパシ
タの内部抵抗は、実際には表1、表2に示すような値で
あった。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】表1、表2より、各電気二重層キャパシタ
の内部抵抗は、設計値に対して、ばらつきを持っている
ことが分かる。
【0028】そこで、それぞれの蓄電システムの内部抵
抗を測定した結果、図1および図2の蓄電システムの内
部抵抗は、1.01227Ωおよび1.01182Ωであ
った。従って、電気二重層キャパシタを多数接続する場
合には、並列接続したモジュールを直列接続した図2の
構成にすることにより、内部抵抗、即ち、エネルギー損
失を小さくできることが分かる。
【0029】更に、図2の構成では、電圧平準化回路を
それぞれの電気二重層キャパシタに接続する必要がな
く、並列接続したモジュールに1つ接続すればいいこと
から、重量、体積、経済性の立場からも、この構成が優
れているということは言うまでもない。
【0030】また、電気二重層キャパシタを用いた蓄電
システムを図2のように構成にした場合、蓄電システム
全体の内部抵抗のばらつきは、電気二重層キャパシタを
並列接続したモジュールの内部抵抗のばらつきのみに依
存する。従って、並列接続する電気二重層キャパシタを
適切に選択してモジュールを構成すれば、更にエネルギ
ー密度を大きくすることができる。
【0031】例えば、16個の電気二重層キャパシタを
接続する場合、それぞれの電気二重層キャパシタC’
〜C’16の内部抵抗 R’〜R’16が、R’
R’ <・・・・・<R’15<R’16であるとする
と、電気二重層キャパシタを内部抵抗の大きさの順番
に、第一番目の並列接続したモジュールから順次、最後
の並列接続したモジュールに向かって配列され、つい
で、前記最後の並列接続したモジュールから、先の第一
番目の並列接続したモジュールに向かって順番に配列さ
れ、前記配列方向の繰り返しを行なって、図3のよう
に、電気二重層キャパシタを用いた蓄電システムを構成
する。これによって、更に蓄電システムの内部抵抗を小
さくすることができる。
【0032】表1に示した内部抵抗が±5%のばらつき
を持つ電気二重層キャパシタを内部抵抗の大きさの順で
並べ替えたものを表3、表4に示す。
【0033】
【表3】
【0034】
【表4】
【0035】この電気二重層キャパシタを前記の方法に
より図3のように構成したときの蓄電システムの内部抵
抗の測定値は、1.01179Ωであり、前記の図2に
示した方法により、更に内部抵抗を低くすることができ
た。更に、並列接続したモジュールの内部抵抗の値のば
らつきを小さくするために、外付けの平準化回路内での
エネルギー損失を小さくできた。
【0036】従って、これらの方法がエネルギー損失を
低くするという点で非常に有効であることが分かる。
【0037】
【発明の効果】以上、本発明によれば、簡単な方法でエ
ネルギー密度を向上させた電気二重層キャパシタを用い
たを蓄電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による電気二重層キャパシタを
用いた蓄電システムの回路図、電気二重層キャパシタを
直列接続したモジュールを並列接続した回路図。
【図2】本発明の他の実施例による電気二重層キャパシ
タを用いた蓄電システムの回路図、電気二重層キャパシ
タを並列接続したモジュールを直列接続した回路図。
【図3】本発明の他の実施例による電気二重層キャパシ
タを用いた蓄電システムの回路図、各電気二重層キャパ
シタを、内部抵抗の大きさの順に並べた場合の回路図。
【図4】2個の電気二重層キャパシタを直列接続したモ
ジュールを2組並列接続して構成した電気二重層キャパ
シタを用いた蓄電システムの回路図。
【図5】2個の電気二重層キャパシタを並列接続したモ
ジュールを2組直列接続した構成した電気二重層キャパ
シタを用いた蓄電システムの回路図。
【図6】2個の電気二重層キャパシタを直列接続したモ
ジュールを2組並列接続した場合の内部抵抗のモデル回
路の説明図。
【図7】2個の電気二重層キャパシタを並列接続したモ
ジュールを2組直列接続した場合の内部抵抗のモデル回
路の説明図。
【図8】4個の電気二重層キャパシタを接続した蓄電シ
ステムの内部抵抗の特性を示す図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電気二重層キャパシタを接続して
    構成した、電気二重層キャパシタを用いた蓄電システム
    であって、前記複数の電気二重層キャパシタは、直列接
    続および並列接続を組み合わせて接続されており、かつ
    前記複数の電気二重層キャパシタの個々の静電容量の
    値、および内部抵抗の値に対応して、前記接続時の個々
    の電気二重層キャパシタの配置が設定されたことを特徴
    とする電気二重層キャパシタを用いた蓄電システム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電気二重層キャパシタを
    用いた蓄電システムにおいて、前記複数の電気二重層キ
    ャパシタを直列および並列に接続する際に、設定した静
    電容量を得ることができるように電気二重層キャパシタ
    を並列接続してモジュールを構成し、ついで、設定した
    電圧を得ることができるように前記並列接続したモジュ
    ールを直列接続して全体のモジュールを構成したことを
    特徴とする電気二重層キャパシタを用いた蓄電システ
    ム。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の電気二重層キ
    ャパシタを用いた蓄電システムにおいて、前記複数の電
    気二重層キャパシタを並列接続したモジュールを、順次
    直列接続する場合において、各電気二重層キャパシタの
    配置を、個々に、その内部抵抗の小さい順番に、第一番
    目の並列接続したモジュールから順次、最後の並列接続
    したモジュールに向かって配列され、ついで、前記最後
    の並列接続したモジュールから、先の第一番目の並列接
    続したモジュールに向かって順番に配列され、前記配列
    方向の繰り返しを行なって形成したことを特徴とする電
    気二重層キャパシタを用いた蓄電システム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101110981B1 (ko) * 2003-09-03 2012-03-13 파나소닉 주식회사 축전 장치 및 배선 패턴
KR20190078896A (ko) * 2017-12-27 2019-07-05 주식회사 엘지화학 이중 직병렬 패스를 이용한 셀 밸런싱 회로

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101110981B1 (ko) * 2003-09-03 2012-03-13 파나소닉 주식회사 축전 장치 및 배선 패턴
KR20190078896A (ko) * 2017-12-27 2019-07-05 주식회사 엘지화학 이중 직병렬 패스를 이용한 셀 밸런싱 회로
KR102382161B1 (ko) 2017-12-27 2022-04-01 주식회사 엘지에너지솔루션 이중 직병렬 패스를 이용한 셀 밸런싱 회로

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