JP2001359244A - キャパシタによる二次蓄電池アシスト回路 - Google Patents
キャパシタによる二次蓄電池アシスト回路Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 過渡的充放電動作が課される二次蓄電池を確
実にアシスト可能な仕様定格を有するキャパシタを備え
た二次蓄電池アシスト回路を得ることを目的とする。 【解決手段】 所定パターンの過渡的充電または放電電
力エネルギーをＥｇｃ（Ｊ）、二次蓄電池の起電電圧を
Ｖｏ（Ｖ）、二次蓄電池の許容電圧変動率をＶｒとした
とき、キャパシタの静電容量Ｃｃ（Ｆ）を下式で設定し
たもので、二次蓄電池の電圧変動をその許容範囲内に確
実に収めることができる。 Ｃｃ≧Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ）
実にアシスト可能な仕様定格を有するキャパシタを備え
た二次蓄電池アシスト回路を得ることを目的とする。 【解決手段】 所定パターンの過渡的充電または放電電
力エネルギーをＥｇｃ（Ｊ）、二次蓄電池の起電電圧を
Ｖｏ（Ｖ）、二次蓄電池の許容電圧変動率をＶｒとした
とき、キャパシタの静電容量Ｃｃ（Ｆ）を下式で設定し
たもので、二次蓄電池の電圧変動をその許容範囲内に確
実に収めることができる。 Ｃｃ≧Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、二次蓄電池と並
列にキャパシタを接続することにより、二次蓄電池の過
渡的充放電動作による使用条件をその許容範囲内に収め
るようアシストするキャパシタによる二次蓄電池アシス
ト回路に関するものである。
列にキャパシタを接続することにより、二次蓄電池の過
渡的充放電動作による使用条件をその許容範囲内に収め
るようアシストするキャパシタによる二次蓄電池アシス
ト回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
から、二次蓄電池を搭載し、この二次蓄電池を電源とし
て電動機の速度制御を行う方式の、電気自動車、バッテ
リフォークリフト、ゴーカートや搬送台車等が実用化さ
れている。この場合、使用される二次蓄電池の必要容量
は、要求される加減速度特性や航続距離または運行時間
に基づき設定されている。しかし、二次蓄電池は一定の
電力を長時間にわたり供給または充電する用途には適し
ているが、過渡的な充放電を繰り返す用途や短時間での
電力の放電や回生を処理する用途には比較的不向きで、
このような用途に使用する場合は二次蓄電池の定格容量
を大きくする必要がある。
から、二次蓄電池を搭載し、この二次蓄電池を電源とし
て電動機の速度制御を行う方式の、電気自動車、バッテ
リフォークリフト、ゴーカートや搬送台車等が実用化さ
れている。この場合、使用される二次蓄電池の必要容量
は、要求される加減速度特性や航続距離または運行時間
に基づき設定されている。しかし、二次蓄電池は一定の
電力を長時間にわたり供給または充電する用途には適し
ているが、過渡的な充放電を繰り返す用途や短時間での
電力の放電や回生を処理する用途には比較的不向きで、
このような用途に使用する場合は二次蓄電池の定格容量
を大きくする必要がある。
【０００３】即ち、二次蓄電池は蓄電エネルギー密度は
高いが出力パワー密度は比較的低いため、負荷の過渡制
御に適した充放電動作を短時間に行うと電圧降下が大き
くなり内部発熱が生じる。このため、過渡的な充放電動
作が要求される場合には、二次蓄電池の定格容量を大き
く設定することで対処している。また、これを補助（ア
シスト）するために、一般に負荷の過渡制御特性に適し
たキャパシタを二次蓄電池と並列に接続して使用する方
法が知られている。しかし、二次蓄電池とキャパシタの
性能の整合性や必要なキャパシタの容量の算出基準は明
確でなく、両者を組み合わせた電源装置を使って実際に
試験した結果を総合的に比較して評価していた。従っ
て、この電源装置や負荷装置の使用条件や定格容量が既
存の試験条件と異なる場合は再度追試験が必要となり、
適切な機器定格を設定することが容易でなかった。
高いが出力パワー密度は比較的低いため、負荷の過渡制
御に適した充放電動作を短時間に行うと電圧降下が大き
くなり内部発熱が生じる。このため、過渡的な充放電動
作が要求される場合には、二次蓄電池の定格容量を大き
く設定することで対処している。また、これを補助（ア
シスト）するために、一般に負荷の過渡制御特性に適し
たキャパシタを二次蓄電池と並列に接続して使用する方
法が知られている。しかし、二次蓄電池とキャパシタの
性能の整合性や必要なキャパシタの容量の算出基準は明
確でなく、両者を組み合わせた電源装置を使って実際に
試験した結果を総合的に比較して評価していた。従っ
て、この電源装置や負荷装置の使用条件や定格容量が既
存の試験条件と異なる場合は再度追試験が必要となり、
適切な機器定格を設定することが容易でなかった。
【０００４】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、過渡的充放電動作が課される二
次蓄電池を確実にアシスト可能な仕様定格を有するキャ
パシタを備えた二次蓄電池アシスト回路を得ることを目
的とする。
ためになされたもので、過渡的充放電動作が課される二
次蓄電池を確実にアシスト可能な仕様定格を有するキャ
パシタを備えた二次蓄電池アシスト回路を得ることを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係るキャパシ
タによる二次蓄電池アシスト回路は、所定パターンの過
渡的充放電動作を伴う二次蓄電池と並列にキャパシタを
接続することにより上記二次蓄電池の過渡的充放電動作
による電圧変動を所定の許容範囲内に収めるアシスト回
路であって、上記二次蓄電池の許容電圧変動に相当する
電圧変動が存在した場合に発生する上記キャパシタの充
電または放電容量が、上記所定パターンの過渡的充電ま
たは放電電力エネルギー以上となるよう上記キャパシタ
の静電容量を設定したものである。
タによる二次蓄電池アシスト回路は、所定パターンの過
渡的充放電動作を伴う二次蓄電池と並列にキャパシタを
接続することにより上記二次蓄電池の過渡的充放電動作
による電圧変動を所定の許容範囲内に収めるアシスト回
路であって、上記二次蓄電池の許容電圧変動に相当する
電圧変動が存在した場合に発生する上記キャパシタの充
電または放電容量が、上記所定パターンの過渡的充電ま
たは放電電力エネルギー以上となるよう上記キャパシタ
の静電容量を設定したものである。
【０００６】また、この発明に係る二次蓄電池アシスト
回路は、所定パターンの過渡的充放電動作を伴う二次蓄
電池と並列にキャパシタを接続することにより上記二次
蓄電池の過渡的充放電動作による電圧変動を所定の許容
範囲内に収めるアシスト回路であって、上記所定パター
ンの過渡的充電または放電電力エネルギーをＥｇｃ
（Ｊ）、上記二次蓄電池の起電電圧をＶｏ（Ｖ）、上記
二次蓄電池の許容電圧変動率をＶｒとしたとき、上記キ
ャパシタの静電容量Ｃｃ（Ｆ）を下式で設定したもので
ある。 Ｃｃ≧Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ）
回路は、所定パターンの過渡的充放電動作を伴う二次蓄
電池と並列にキャパシタを接続することにより上記二次
蓄電池の過渡的充放電動作による電圧変動を所定の許容
範囲内に収めるアシスト回路であって、上記所定パター
ンの過渡的充電または放電電力エネルギーをＥｇｃ
（Ｊ）、上記二次蓄電池の起電電圧をＶｏ（Ｖ）、上記
二次蓄電池の許容電圧変動率をＶｒとしたとき、上記キ
ャパシタの静電容量Ｃｃ（Ｆ）を下式で設定したもので
ある。 Ｃｃ≧Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ）
【０００７】また、この発明に係る二次蓄電池アシスト
回路は、所定パターンの過渡的充放電動作を伴う二次蓄
電池と並列にキャパシタを接続することにより上記二次
蓄電池の過渡的充放電動作による電流を所定の許容範囲
内に収めるアシスト回路であって、上記過渡的充電また
は放電動作の初期時における上記二次蓄電池とキャパシ
タとの電流分担比は、上記二次蓄電池の等価内部抵抗と
キャパシタの内部抵抗との逆比で決定され、上記過渡的
充電または放電動作の終期時における上記キャパシタの
電流の初期値からの減衰率は、上記キャパシタのΩ・Ｆ
値に基づき定まる時定数で決定されるとして算出した、
上記過渡的充放電動作中の上記二次蓄電池の電流の最大
値が上記許容範囲内に収まるよう、上記キャパシタの内
部抵抗およびΩ・Ｆ値を設定したものである。
回路は、所定パターンの過渡的充放電動作を伴う二次蓄
電池と並列にキャパシタを接続することにより上記二次
蓄電池の過渡的充放電動作による電流を所定の許容範囲
内に収めるアシスト回路であって、上記過渡的充電また
は放電動作の初期時における上記二次蓄電池とキャパシ
タとの電流分担比は、上記二次蓄電池の等価内部抵抗と
キャパシタの内部抵抗との逆比で決定され、上記過渡的
充電または放電動作の終期時における上記キャパシタの
電流の初期値からの減衰率は、上記キャパシタのΩ・Ｆ
値に基づき定まる時定数で決定されるとして算出した、
上記過渡的充放電動作中の上記二次蓄電池の電流の最大
値が上記許容範囲内に収まるよう、上記キャパシタの内
部抵抗およびΩ・Ｆ値を設定したものである。
【０００８】また、この発明に係る二次蓄電池アシスト
回路は、その二次蓄電池とキャパシタとの並列接続体に
電動機を駆動源とする運動体を接続し、過渡的充電は上
記電動機の減速回生運転時のエネルギー充電動作が相当
し、過渡的放電は上記電動機の加速力行運転時のエネル
ギー放電動作が相当するものである。
回路は、その二次蓄電池とキャパシタとの並列接続体に
電動機を駆動源とする運動体を接続し、過渡的充電は上
記電動機の減速回生運転時のエネルギー充電動作が相当
し、過渡的放電は上記電動機の加速力行運転時のエネル
ギー放電動作が相当するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１におけるキャパシタによる二次蓄電池アシ
スト回路を例えば電動イスの駆動装置に適用したシステ
ム構成図である。図において、１は二次蓄電池Ｂｔ、２
は二次蓄電池１と並列に接続されたキャパシタＥＤＬＣ
（ここでは電気二重層キャパシタ）で、アシストする対
象である二次蓄電池１とともに電源装置３を構成する。
４は電源装置３の直流電力を可変電圧可変周波数の交流
電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ、５は電動イスの
駆動源である交流電動機である。
実施の形態１におけるキャパシタによる二次蓄電池アシ
スト回路を例えば電動イスの駆動装置に適用したシステ
ム構成図である。図において、１は二次蓄電池Ｂｔ、２
は二次蓄電池１と並列に接続されたキャパシタＥＤＬＣ
（ここでは電気二重層キャパシタ）で、アシストする対
象である二次蓄電池１とともに電源装置３を構成する。
４は電源装置３の直流電力を可変電圧可変周波数の交流
電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ、５は電動イスの
駆動源である交流電動機である。
【００１０】図２は電動イスの走行特性を示す図であ
る。５秒間で加速して速度５ｋｍ／ｈに達し、その後等
速運転を続け、時間軸１０秒から減速して５秒間で停止
する運転特性を示している。この運転特性の場合、電源
装置３としては、最初の加速時の５秒間が大きな放電動
作となり、最後の減速回生時の５秒間が大きな充電動作
となる。
る。５秒間で加速して速度５ｋｍ／ｈに達し、その後等
速運転を続け、時間軸１０秒から減速して５秒間で停止
する運転特性を示している。この運転特性の場合、電源
装置３としては、最初の加速時の５秒間が大きな放電動
作となり、最後の減速回生時の５秒間が大きな充電動作
となる。
【００１１】二次蓄電池１をアシストするキャパシタ２
がなければ、この過渡的充放電動作をすべて二次蓄電池
１で負担せねばならず、既述した通り、二次蓄電池１と
してはかなり大容量の定格のものを用意する必要があ
る。この発明は、二次蓄電池１と並列にキャパシタ２を
接続することにより、上記過渡的充放電動作は主として
キャパシタ２に負担させ、二次蓄電池１はもっぱら走行
特性における定格走行時の負荷、即ち、走行抵抗に対し
て定速度を維持するための電力供給を担うようにするも
のである。
がなければ、この過渡的充放電動作をすべて二次蓄電池
１で負担せねばならず、既述した通り、二次蓄電池１と
してはかなり大容量の定格のものを用意する必要があ
る。この発明は、二次蓄電池１と並列にキャパシタ２を
接続することにより、上記過渡的充放電動作は主として
キャパシタ２に負担させ、二次蓄電池１はもっぱら走行
特性における定格走行時の負荷、即ち、走行抵抗に対し
て定速度を維持するための電力供給を担うようにするも
のである。
【００１２】このような、二次蓄電池によるアシスト特
性が得られると、二次蓄電池としては、一定電力を長時
間にわたり供給するというその長所を活かした使用条件
となる。従って、過渡的充放電動作を伴う用途に対し、
二次蓄電池をその容量を過大にすることなく合理的経済
的な設計基準で広く適用できる途が開かれることにな
る。本願は、この適正なアシスト特性を発揮するキャパ
シタの設定基準を明らかにするもので、以下に詳細に説
明する。
性が得られると、二次蓄電池としては、一定電力を長時
間にわたり供給するというその長所を活かした使用条件
となる。従って、過渡的充放電動作を伴う用途に対し、
二次蓄電池をその容量を過大にすることなく合理的経済
的な設計基準で広く適用できる途が開かれることにな
る。本願は、この適正なアシスト特性を発揮するキャパ
シタの設定基準を明らかにするもので、以下に詳細に説
明する。
【００１３】このアシスト作用を解析するためには、二
次蓄電池１をキャパシタ２と同一の回路次元で扱えるよ
うにすることが必要であるが、図３に示す、従来から知
られている等価回路では十分でない。即ち、比較のため
に示すキャパシタの等価回路（同図（ａ））において、
Ｅｃはキャパシタの端子間電圧、Ｃは静電容量、Ｒｓは
内部抵抗、Ｒｐは漏洩抵抗で、これらの諸定数により充
放電動作の解明が可能である。しかし、同図（ｂ）に示
す二次蓄電池の等価回路は、電池としての特性をそのま
ま有する電圧源Ｅｏを使用したもので、蓄電量や過渡応
答特性は表現されておらず、この等価回路では二次蓄電
池１とキャパシタ２とを組み合わせてなる電源装置３の
過渡充放電動作時の分担電流を正しく算出することがで
きない。
次蓄電池１をキャパシタ２と同一の回路次元で扱えるよ
うにすることが必要であるが、図３に示す、従来から知
られている等価回路では十分でない。即ち、比較のため
に示すキャパシタの等価回路（同図（ａ））において、
Ｅｃはキャパシタの端子間電圧、Ｃは静電容量、Ｒｓは
内部抵抗、Ｒｐは漏洩抵抗で、これらの諸定数により充
放電動作の解明が可能である。しかし、同図（ｂ）に示
す二次蓄電池の等価回路は、電池としての特性をそのま
ま有する電圧源Ｅｏを使用したもので、蓄電量や過渡応
答特性は表現されておらず、この等価回路では二次蓄電
池１とキャパシタ２とを組み合わせてなる電源装置３の
過渡充放電動作時の分担電流を正しく算出することがで
きない。
【００１４】そこで、二次蓄電池の特性をキャパシタの
特性に等価変換しキャパシタの特性をあらわすパラメー
タを使用して充放電時の過渡現象を解析してアシストす
る時の分担電流を明確にする。二次蓄電池の蓄電容量を
示す単位［Ａｈ］は、これと二次蓄電池の電圧単位
［Ｖ］とを積算すれば蓄電エネルギー量を表すので、こ
れをキャパシタで蓄電するとしてこの関係から式（１）
が成立する。 Ｘ［Ａｈ］・Ｙ［Ｖ］＝３，６００・Ｘ・Ｙ［Ａ・Ｓｅｃ］［Ｖ］ ＝０．５・Ｃｂ・Ｙ2［Ｆ］［Ｖ2］ 式（１） 故に、蓄電容量を示す単位［Ａｈ］を等価キャパシタ静
電容量Ｃｂを示す単位［Ｆ］に換算する式は、式（２）
で表される。 Ｃｂ［Ｆ］＝７，２００・Ｘ／Ｙ［Ａｈ］／［Ｖ］ 式（２）
特性に等価変換しキャパシタの特性をあらわすパラメー
タを使用して充放電時の過渡現象を解析してアシストす
る時の分担電流を明確にする。二次蓄電池の蓄電容量を
示す単位［Ａｈ］は、これと二次蓄電池の電圧単位
［Ｖ］とを積算すれば蓄電エネルギー量を表すので、こ
れをキャパシタで蓄電するとしてこの関係から式（１）
が成立する。 Ｘ［Ａｈ］・Ｙ［Ｖ］＝３，６００・Ｘ・Ｙ［Ａ・Ｓｅｃ］［Ｖ］ ＝０．５・Ｃｂ・Ｙ2［Ｆ］［Ｖ2］ 式（１） 故に、蓄電容量を示す単位［Ａｈ］を等価キャパシタ静
電容量Ｃｂを示す単位［Ｆ］に換算する式は、式（２）
で表される。 Ｃｂ［Ｆ］＝７，２００・Ｘ／Ｙ［Ａｈ］／［Ｖ］ 式（２）
【００１５】また、電池の内部抵抗特性を表す単位［Ω
・Ａｈ／Ｖ］はキャパシタの過渡応答特性を表す単位
［ΩＦ］に式（３）で示すように変換することができ
る。 Ｒｂｔ［Ω・Ａｈ／Ｖ］＝３，６００・Ｒｂｔ［Ω・Ａ・Ｓｅｃ／Ｖ］ ＝３，６００・Ｒｂｔ［Ω・Ｑ／Ｖ］ ＝３，６００・Ｒｂｔ［ΩＦ］ 式（３） ここで［Ｑ］は［Ａ・Ｓｅｃ］の積で決まる電荷量を示
し、また［Ｑ／Ｖ］はキャパシタの単位［Ｆ］である。
更に、電池の等価内部抵抗Ｒｂは式（４）で表される。 Ｒｂ［Ω］＝３，６００・Ｒｂｔ［ΩＦ］／Ｃｂ［Ｆ］ 式（４）
・Ａｈ／Ｖ］はキャパシタの過渡応答特性を表す単位
［ΩＦ］に式（３）で示すように変換することができ
る。 Ｒｂｔ［Ω・Ａｈ／Ｖ］＝３，６００・Ｒｂｔ［Ω・Ａ・Ｓｅｃ／Ｖ］ ＝３，６００・Ｒｂｔ［Ω・Ｑ／Ｖ］ ＝３，６００・Ｒｂｔ［ΩＦ］ 式（３） ここで［Ｑ］は［Ａ・Ｓｅｃ］の積で決まる電荷量を示
し、また［Ｑ／Ｖ］はキャパシタの単位［Ｆ］である。
更に、電池の等価内部抵抗Ｒｂは式（４）で表される。 Ｒｂ［Ω］＝３，６００・Ｒｂｔ［ΩＦ］／Ｃｂ［Ｆ］ 式（４）
【００１６】以上は、過渡的充放電動作におけるアシス
ト作用を解析するために必要な二次蓄電池のキャパシタ
特性への変換要領であるが、次に、上述した適正なアシ
スト特性を発揮するために必要なキャパシタの静電容量
の設定要領について説明する。先ず、負荷装置の力行
（または制動）運転時での電力を放電（または蓄電）す
る為に必要とするキャパシタ容量はこの電力エネルギー
を全てこのキャパシタで供給（蓄電）するとして先ず基
本静電容量Ｃｏを求める。 Ｅｇｃ［Ｊ］＝Ｉ［Ａ］・Ｖｏ［Ｖ］・Ｔ［Ｓｅｃ］ ＝Ｃｏ［Ｆ］・Ｖｏ［Ｖ］2／２ 式（５） これにより基本静電容量Ｃｏは式（６）より求められ
る。 Ｃｏ［Ｆ］＝２・Ｉ［Ａ］・Ｔ［Ｓｅｃ］／Ｖｏ［Ｖ］ ＝２・Ｅｇｃ［Ｊ］／Ｖｏ［Ｖ］2 式（６）
ト作用を解析するために必要な二次蓄電池のキャパシタ
特性への変換要領であるが、次に、上述した適正なアシ
スト特性を発揮するために必要なキャパシタの静電容量
の設定要領について説明する。先ず、負荷装置の力行
（または制動）運転時での電力を放電（または蓄電）す
る為に必要とするキャパシタ容量はこの電力エネルギー
を全てこのキャパシタで供給（蓄電）するとして先ず基
本静電容量Ｃｏを求める。 Ｅｇｃ［Ｊ］＝Ｉ［Ａ］・Ｖｏ［Ｖ］・Ｔ［Ｓｅｃ］ ＝Ｃｏ［Ｆ］・Ｖｏ［Ｖ］2／２ 式（５） これにより基本静電容量Ｃｏは式（６）より求められ
る。 Ｃｏ［Ｆ］＝２・Ｉ［Ａ］・Ｔ［Ｓｅｃ］／Ｖｏ［Ｖ］ ＝２・Ｅｇｃ［Ｊ］／Ｖｏ［Ｖ］2 式（６）
【００１７】ところで、この基本静電容量Ｃｏは、電圧
Ｖｏが零まで変化し得ると仮定して充放電エネルギー量
から算出された値であるため、実際には、二次蓄電池に
許容される電圧変動の範囲で同じエネルギー量を充放電
できる必要があると考える。今、同エネルギー量の放電
により電圧がＶｏからＶｖに降下したとすると、電圧変
動分ΔＶは式（７）で表せ、電圧変動率Ｖｒは式（８）
で示される。 ΔＶ＝Ｖｏ−Ｖｖ 式（７） Ｖｒ＝ΔＶ／Ｖｏ 式（８）
Ｖｏが零まで変化し得ると仮定して充放電エネルギー量
から算出された値であるため、実際には、二次蓄電池に
許容される電圧変動の範囲で同じエネルギー量を充放電
できる必要があると考える。今、同エネルギー量の放電
により電圧がＶｏからＶｖに降下したとすると、電圧変
動分ΔＶは式（７）で表せ、電圧変動率Ｖｒは式（８）
で示される。 ΔＶ＝Ｖｏ−Ｖｖ 式（７） Ｖｒ＝ΔＶ／Ｖｏ 式（８）
【００１８】従って、二次蓄電池の電圧変動率を許容値
Ｖｒに収めるために必要なキャパシタの静電容量をＣｃ
とすると、先の基本静電容量Ｃｏを想定したときの充放
電エネルギー量と、上記Ｃｃで設定する充放電エネルギ
ー量とが等しいことから式（９）が成立する。 ０．５・Ｃｏ・Ｖｏ2＝０．５・Ｃｃ（Ｖｏ2−Ｖｖ2） ＝０．５・Ｃｃ（Ｖｏ＋Ｖｖ）（Ｖｏ−Ｖｖ） ≒０．５・Ｃｃ・２・Ｖｏ・ΔＶ ＝０．５・Ｃｃ・２・Ｖｏ・Ｖｒ・Ｖｏ ＝０．５・Ｃｃ・Ｖｏ2・２・Ｖｒ 式（９）
Ｖｒに収めるために必要なキャパシタの静電容量をＣｃ
とすると、先の基本静電容量Ｃｏを想定したときの充放
電エネルギー量と、上記Ｃｃで設定する充放電エネルギ
ー量とが等しいことから式（９）が成立する。 ０．５・Ｃｏ・Ｖｏ2＝０．５・Ｃｃ（Ｖｏ2−Ｖｖ2） ＝０．５・Ｃｃ（Ｖｏ＋Ｖｖ）（Ｖｏ−Ｖｖ） ≒０．５・Ｃｃ・２・Ｖｏ・ΔＶ ＝０．５・Ｃｃ・２・Ｖｏ・Ｖｒ・Ｖｏ ＝０．５・Ｃｃ・Ｖｏ2・２・Ｖｒ 式（９）
【００１９】従って、アシストキャパシタとして必要な
静電容量Ｃｃは、式（１０）に示された値以上とすれば
よいことになる。 Ｃｃ≒Ｃｏ／（２・Ｖｒ）＝Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ） 式（１０）
静電容量Ｃｃは、式（１０）に示された値以上とすれば
よいことになる。 Ｃｃ≒Ｃｏ／（２・Ｖｒ）＝Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ） 式（１０）
【００２０】実施の形態２．以上で求めた各関係式を適
用し、具体的なモデル電源システムについて二次蓄電池
をアシストするキャパシタの各定数を設定し、また、そ
のアシスト効果をシミュレーション解析した結果を実施
の形態２として説明する。図４はそのモデル電源システ
ムの回路構成を示す。図において、６は定電流源で、こ
の定電流源６により電源装置３の当初の充電動作を行
う。また、二次蓄電池１は、等価キャパシタ静電容量Ｃ
ｂと等価内部抵抗Ｒｂとで表している。
用し、具体的なモデル電源システムについて二次蓄電池
をアシストするキャパシタの各定数を設定し、また、そ
のアシスト効果をシミュレーション解析した結果を実施
の形態２として説明する。図４はそのモデル電源システ
ムの回路構成を示す。図において、６は定電流源で、こ
の定電流源６により電源装置３の当初の充電動作を行
う。また、二次蓄電池１は、等価キャパシタ静電容量Ｃ
ｂと等価内部抵抗Ｒｂとで表している。
【００２１】モデルとした二次蓄電池は、定格電圧３．
６Ｖのセルを８セル直列に接続した電圧２８．８Ｖのも
ので、その定格容量がモジュール容量９４Ａｈ、５分間
率蓄電容量が１８．８Ａｈ、内部抵抗特性が０．０４７
Ω・Ａｈ／Ｖのリチュウムイオン電池である。この場
合、等価キャパシタ静電容量Ｃｂは式（２）より求めら
れる。 Ｃｂ［Ｆ］＝７，２００×１８．８［Ａｈ］／２８．８［Ｖ］ ＝４，７００［Ｆ］ 過渡応答特性Ｒｂｔは式（３）より求められる。 Ｒｂｔ［ΩＦ］＝３，６００×０．０４７［Ω・Ａｈ／Ｖ］ ＝１６９．２［ΩＦ］ また、二次蓄電池の等価内部抵抗Ｒｂは式（４）より求
められる。 Ｒｂ［Ω］＝Ｒｂｔ／Ｃｂ＝１６９．２［ΩＦ］／４，７００［Ｆ］ ＝０．０３６［Ω］
６Ｖのセルを８セル直列に接続した電圧２８．８Ｖのも
ので、その定格容量がモジュール容量９４Ａｈ、５分間
率蓄電容量が１８．８Ａｈ、内部抵抗特性が０．０４７
Ω・Ａｈ／Ｖのリチュウムイオン電池である。この場
合、等価キャパシタ静電容量Ｃｂは式（２）より求めら
れる。 Ｃｂ［Ｆ］＝７，２００×１８．８［Ａｈ］／２８．８［Ｖ］ ＝４，７００［Ｆ］ 過渡応答特性Ｒｂｔは式（３）より求められる。 Ｒｂｔ［ΩＦ］＝３，６００×０．０４７［Ω・Ａｈ／Ｖ］ ＝１６９．２［ΩＦ］ また、二次蓄電池の等価内部抵抗Ｒｂは式（４）より求
められる。 Ｒｂ［Ω］＝Ｒｂｔ／Ｃｂ＝１６９．２［ΩＦ］／４，７００［Ｆ］ ＝０．０３６［Ω］
【００２２】図５にこのモデル電源の充放電パターンを
示す。時間軸５ｓｅｃから１０ｓｅｃまでの５ｓｅｃ
間、インバータ４から電源装置３へＤＣ３０Ａの定電流
で充電動作を行う。また、時間軸１５ｓｅｃから２０ｓ
ｅｃまでの５ｓｅｃ間、インバータ４から交流電動機５
へ一定電力（直流換算で３０Ｖ×３０Ａ）を供給する。
即ち、電源装置３は放電動作を行う。
示す。時間軸５ｓｅｃから１０ｓｅｃまでの５ｓｅｃ
間、インバータ４から電源装置３へＤＣ３０Ａの定電流
で充電動作を行う。また、時間軸１５ｓｅｃから２０ｓ
ｅｃまでの５ｓｅｃ間、インバータ４から交流電動機５
へ一定電力（直流換算で３０Ｖ×３０Ａ）を供給する。
即ち、電源装置３は放電動作を行う。
【００２３】アシストするキャパシタ２の静電容量Ｃｃ
は以下によって算出設定した。即ち、先ず、式（６）よ
り基本静電容量Ｃｏは、 Ｃｏ＝２×３０［Ａ］×５［Ｓｅｃ］／２８．８［Ｖ］
＝１０．４２［Ｆ］ となり、二次蓄電池１の許容電圧変動率Ｖｒ＝０．０４
２とすると、 Ｃｃ＝１０．４２／０．０８４＝１２５［Ｆ］ となる。
は以下によって算出設定した。即ち、先ず、式（６）よ
り基本静電容量Ｃｏは、 Ｃｏ＝２×３０［Ａ］×５［Ｓｅｃ］／２８．８［Ｖ］
＝１０．４２［Ｆ］ となり、二次蓄電池１の許容電圧変動率Ｖｒ＝０．０４
２とすると、 Ｃｃ＝１０．４２／０．０８４＝１２５［Ｆ］ となる。
【００２４】これで、キャパシタ２の静電容量Ｃｃは決
まるが、特に二次蓄電池１とキャパシタ２との電流分担
の状況を比較確認するため、表１に示す３種類のキャパ
シタＡ、Ｌ１、Ｌ２を設定してシミュレーションを実施
した。
まるが、特に二次蓄電池１とキャパシタ２との電流分担
の状況を比較確認するため、表１に示す３種類のキャパ
シタＡ、Ｌ１、Ｌ２を設定してシミュレーションを実施
した。
【００２５】
【表１】
【００２６】この計算結果の内、電流充放電特性をそれ
ぞれ図６、図７および図８に示す。ここで、二次蓄電池
１に流れる電流をＩｂ、キャパシタ２に流れる電流をＩ
ｃとすると、例えば、時間軸５−１０ｓｅｃの充電動作
期間では、常に Ｉｂ＋Ｉｃ＝３０［Ａ］ が成立する。
ぞれ図６、図７および図８に示す。ここで、二次蓄電池
１に流れる電流をＩｂ、キャパシタ２に流れる電流をＩ
ｃとすると、例えば、時間軸５−１０ｓｅｃの充電動作
期間では、常に Ｉｂ＋Ｉｃ＝３０［Ａ］ が成立する。
【００２７】計算結果から、先ず、充放電電流分担比Ｉ
Ｒｃｂ＝Ｉｃ／Ｉｂの初期値ＩＲｃｂｓは二次蓄電池１
の等価内部抵抗Ｒｂとキャパシタ２の内部抵抗Ｒｃとの
逆比で決まることが判る。図６（キャパシタＡ）の例で
示すと、内部抵抗比 Ｒｂ／Ｒｃ＝０．０３６［Ω］／０．２４０［Ω］＝
０．１５ が、計算結果による、二次蓄電池１の電流初期値Ｉｂｓ
＝２６［Ａ］、キャパシタ２の電流初期値Ｉｃｓ＝４
［Ａ］から求まる充放電電流分担比初期値 ＩＲｃｂｓ＝Ｉｃｓ／Ｉｂｓ＝４／２６＝０．１５ と一致する。
Ｒｃｂ＝Ｉｃ／Ｉｂの初期値ＩＲｃｂｓは二次蓄電池１
の等価内部抵抗Ｒｂとキャパシタ２の内部抵抗Ｒｃとの
逆比で決まることが判る。図６（キャパシタＡ）の例で
示すと、内部抵抗比 Ｒｂ／Ｒｃ＝０．０３６［Ω］／０．２４０［Ω］＝
０．１５ が、計算結果による、二次蓄電池１の電流初期値Ｉｂｓ
＝２６［Ａ］、キャパシタ２の電流初期値Ｉｃｓ＝４
［Ａ］から求まる充放電電流分担比初期値 ＩＲｃｂｓ＝Ｉｃｓ／Ｉｂｓ＝４／２６＝０．１５ と一致する。
【００２８】一方、充放電電流分担比の終期値ＩＲｃｂ
ｆはキャパシタの過渡応答特性τ［ΩＦ］と充放電時間
特性で決まり、キャパシタＡはτ＝３０［ΩＦ］でこれ
はキャパシタの充放電時定数でもあるので、図６の５秒
間での充放電特性はフラットである。これに比べて、図
７のキャパシタＬ１は過渡応答特性が小さくてτ＝６
［ΩＦ］であるので、５秒間での充放電特性は減衰特性
を示している。更に図８のキャパシタＬ２は過渡応答特
性が更に小さくてτ＝２［ΩＦ］であるので、５秒間で
の充放電特性は更に大きい減衰特性を示している。
ｆはキャパシタの過渡応答特性τ［ΩＦ］と充放電時間
特性で決まり、キャパシタＡはτ＝３０［ΩＦ］でこれ
はキャパシタの充放電時定数でもあるので、図６の５秒
間での充放電特性はフラットである。これに比べて、図
７のキャパシタＬ１は過渡応答特性が小さくてτ＝６
［ΩＦ］であるので、５秒間での充放電特性は減衰特性
を示している。更に図８のキャパシタＬ２は過渡応答特
性が更に小さくてτ＝２［ΩＦ］であるので、５秒間で
の充放電特性は更に大きい減衰特性を示している。
【００２９】以上述べたように、二次蓄電池とキャパシ
タとの充放電電流分担比の初期値は二次蓄電池の等価内
部抵抗とキャパシタの内部抵抗との逆比に一致し、終期
値は充放電時間ｔ［ｓｅｃ］とキャパシタの過渡応答特
性τ［ΩＦ］で決まる。特に二次蓄電池とキャパシタと
を並列に接続した時の充放電終期値での電流分担特性は
複雑で、電流動作の解析をする上で先ず、両者の動作で
の相互作用（影響）や動作順序を正確に把握しなければ
ならない。そこで、前に述べたように、二次蓄電池の過
渡応答特性Ｒｂｔは１６９．２［ΩＦ］で、アシストキ
ャパシタの過渡応答特性τ［ΩＦ］は、キャパシタＡ、
Ｌ１、Ｌ２それぞれが３０、６、２［ΩＦ］で格段に小
さいので、定電流充放電での変化は先ずキャパシタ電流
にあらわれ、定電流充放電値とキャパシタ電流との差電
流が二次蓄電池に流れるという関係と相互作用があるも
のと思われる。
タとの充放電電流分担比の初期値は二次蓄電池の等価内
部抵抗とキャパシタの内部抵抗との逆比に一致し、終期
値は充放電時間ｔ［ｓｅｃ］とキャパシタの過渡応答特
性τ［ΩＦ］で決まる。特に二次蓄電池とキャパシタと
を並列に接続した時の充放電終期値での電流分担特性は
複雑で、電流動作の解析をする上で先ず、両者の動作で
の相互作用（影響）や動作順序を正確に把握しなければ
ならない。そこで、前に述べたように、二次蓄電池の過
渡応答特性Ｒｂｔは１６９．２［ΩＦ］で、アシストキ
ャパシタの過渡応答特性τ［ΩＦ］は、キャパシタＡ、
Ｌ１、Ｌ２それぞれが３０、６、２［ΩＦ］で格段に小
さいので、定電流充放電での変化は先ずキャパシタ電流
にあらわれ、定電流充放電値とキャパシタ電流との差電
流が二次蓄電池に流れるという関係と相互作用があるも
のと思われる。
【００３０】ところで、電圧Ｖｏの定電圧源に抵抗Ｒ
ｃ、静電容量Ｃｃの直列回路を時間ｔ＝０で投入したと
きの電流Ｉｃの過渡特性は式（１１）で表される。 Ｉｃ＝（Ｖｏ／Ｒｃ）・ＥＸＰ（−ｔ／Ｃｃ・Ｒｃ） 式（１１） 従って、式（１１）を利用すると、キャパシタ電流の終
期値Ｉｃｆは、充放電時間ｔとキャパシタの過渡応答特
性τ［ΩＦ］の比により決まる指数関数として求め得る
ことが考えられる。
ｃ、静電容量Ｃｃの直列回路を時間ｔ＝０で投入したと
きの電流Ｉｃの過渡特性は式（１１）で表される。 Ｉｃ＝（Ｖｏ／Ｒｃ）・ＥＸＰ（−ｔ／Ｃｃ・Ｒｃ） 式（１１） 従って、式（１１）を利用すると、キャパシタ電流の終
期値Ｉｃｆは、充放電時間ｔとキャパシタの過渡応答特
性τ［ΩＦ］の比により決まる指数関数として求め得る
ことが考えられる。
【００３１】そこで、この状況を確かめるため、仮に、
キャパシタの分担電流Ｉｃが初期値の１／２になる時間
ｔ0.5を式（１１）から求めると、 ＥＸＰ（−ｔ0.5／Ｃｃ・Ｒｃ）＝０．５ ｔ0.5＝０．６９３・Ｃｃ・Ｒｃ［Ｓｅｃ］ 式（１２） となる。しかるに、シミュレーション結果によるこの半
減時間ｔ0.5は式（１２）の値よりも大きく、補正係数
Ｋを導入した式（１３）を用いることにより、ほぼシミ
ュレーション結果と一致する値が得られることが判っ
た。 ｔ0.5≒０．６９３・Ｃｃ・Ｒｃ／Ｋ 式（１３） Ｋ＝０．５・｛Ｉｃｓ／（Ｉｃｓ＋Ｉｂｓ）｝ 式（１４） ここで、Ｉｃｓ、Ｉｂｓはキャパシタおよび二次蓄電池
の分担電流初期値である。
キャパシタの分担電流Ｉｃが初期値の１／２になる時間
ｔ0.5を式（１１）から求めると、 ＥＸＰ（−ｔ0.5／Ｃｃ・Ｒｃ）＝０．５ ｔ0.5＝０．６９３・Ｃｃ・Ｒｃ［Ｓｅｃ］ 式（１２） となる。しかるに、シミュレーション結果によるこの半
減時間ｔ0.5は式（１２）の値よりも大きく、補正係数
Ｋを導入した式（１３）を用いることにより、ほぼシミ
ュレーション結果と一致する値が得られることが判っ
た。 ｔ0.5≒０．６９３・Ｃｃ・Ｒｃ／Ｋ 式（１３） Ｋ＝０．５・｛Ｉｃｓ／（Ｉｃｓ＋Ｉｂｓ）｝ 式（１４） ここで、Ｉｃｓ、Ｉｂｓはキャパシタおよび二次蓄電池
の分担電流初期値である。
【００３２】例えば、図７のキャパシタＬ１では、Ｃｃ
・Ｒｃ＝６［ΩＦ］であり、式（１３）によるｔ0.5≒
２０［Ｓｅｃ］、また、図８のキャパシタＬ２では、Ｃ
ｃ・Ｒｃ＝２［ΩＦ］であり、式（１３）によるｔ0.5
≒４．２［Ｓｅｃ］となり、いずれも、シミュレーショ
ン結果とほぼ一致する。
・Ｒｃ＝６［ΩＦ］であり、式（１３）によるｔ0.5≒
２０［Ｓｅｃ］、また、図８のキャパシタＬ２では、Ｃ
ｃ・Ｒｃ＝２［ΩＦ］であり、式（１３）によるｔ0.5
≒４．２［Ｓｅｃ］となり、いずれも、シミュレーショ
ン結果とほぼ一致する。
【００３３】以上のように、充放電動作におけるキャパ
シタの分担電流の終期値の初期値からの減衰率は、キャ
パシタの過渡応答特性τ［ΩＦ］によって決定される
が、より正確には、式（１３）の関係式を利用すること
により、キャパシタの分担電流終期値Ｉｃｆを求めるこ
とができる。分担電流初期値Ｉｃｓは既述した通り、両
者の内部抵抗の逆比から求められるので、電源装置３と
しての充放電が定電流の条件でなされるとすると、上記
キャパシタ電流Ｉｃｓ、Ｉｃｆから二次蓄電池分担電流
初期値Ｉｂｓ、終期値Ｉｂｆが求まり、両値が二次蓄電
池１の許容電流範囲内であるか否かを確かめればよい。
範囲外であれば、範囲内となるよう、キャパシタ２の内
部抵抗Ｒｃ［Ω］および過渡応答特性τ［ΩＦ］の値を
調整した特性にキャパシタ２の設計を見直せばよい。
シタの分担電流の終期値の初期値からの減衰率は、キャ
パシタの過渡応答特性τ［ΩＦ］によって決定される
が、より正確には、式（１３）の関係式を利用すること
により、キャパシタの分担電流終期値Ｉｃｆを求めるこ
とができる。分担電流初期値Ｉｃｓは既述した通り、両
者の内部抵抗の逆比から求められるので、電源装置３と
しての充放電が定電流の条件でなされるとすると、上記
キャパシタ電流Ｉｃｓ、Ｉｃｆから二次蓄電池分担電流
初期値Ｉｂｓ、終期値Ｉｂｆが求まり、両値が二次蓄電
池１の許容電流範囲内であるか否かを確かめればよい。
範囲外であれば、範囲内となるよう、キャパシタ２の内
部抵抗Ｒｃ［Ω］および過渡応答特性τ［ΩＦ］の値を
調整した特性にキャパシタ２の設計を見直せばよい。
【００３４】図９はアシストする効果を充放電電圧から
評価するもので、アシストキャパシタはキャパシタＡの
特性の場合を示している。時間軸５ｓｅｃから１０ｓｅ
ｃの間は３０Ａの充電電流で蓄電池電圧は上昇し、最高
電圧はＤＣ２９．５９Ｖになっている。また、時間軸１
５ｓｅｃから２０ｓｅｃの間は負荷の３０Ａの出力電流
で電圧降下し、最低値はＤＣ２８．０２Ｖになる。この
場合の電圧変動率Ｖｒは充電時が３．３３％に、また放
電時は３．５４％になり計画の４．２％の範囲に収まっ
ている。また、キャパシタＬ１の特性の場合（特性図は
図示していない）の電圧変動率Ｖｒは充電時も放電時も
２．７１％の値である。これはアシストするキャパシタ
の内部抵抗がキャパシタＡに比べて低い値であるので変
動率は更に低くなっている。
評価するもので、アシストキャパシタはキャパシタＡの
特性の場合を示している。時間軸５ｓｅｃから１０ｓｅ
ｃの間は３０Ａの充電電流で蓄電池電圧は上昇し、最高
電圧はＤＣ２９．５９Ｖになっている。また、時間軸１
５ｓｅｃから２０ｓｅｃの間は負荷の３０Ａの出力電流
で電圧降下し、最低値はＤＣ２８．０２Ｖになる。この
場合の電圧変動率Ｖｒは充電時が３．３３％に、また放
電時は３．５４％になり計画の４．２％の範囲に収まっ
ている。また、キャパシタＬ１の特性の場合（特性図は
図示していない）の電圧変動率Ｖｒは充電時も放電時も
２．７１％の値である。これはアシストするキャパシタ
の内部抵抗がキャパシタＡに比べて低い値であるので変
動率は更に低くなっている。
【００３５】通常、二次蓄電池ではその容量や電圧の低
下が、定格の８０％〜５０％以下になった状態を寿命と
している。これには充電電圧、充電電流、蓄電池温度、
放電量、放電回数などの蓄電状態と負荷への放電条件が
関係する。温度においては３０℃〜４０℃の使用条件が
適しており、これより高温の時に負極板の劣化や正極芯
金の腐食も促進されて短寿命となるので５０℃を越える
とファンを動作させて機能低下や損傷を防いでいる。特
に放電深度５０％の放電では約１８００サイクル、更に
深い放電深度７５％では１３００サイクル程度に、また
１００％では７００サイクルと短寿命となる。電圧許容
変動範囲では鉛蓄電池はセル当たり２．４Ｖ〜１．８Ｖ
（最近の傾向では２．２５Ｖ〜１．８Ｖ）で、アルカリ
蓄電池では１．６Ｖ〜１．０Ｖとほぼ定格電圧に対し電
圧変動は±１０〜３０％の範囲が寿命劣化を配慮した電
圧変動と考えられているが、使用条件によっては電圧変
動を更に小さく抑える必要がある。
下が、定格の８０％〜５０％以下になった状態を寿命と
している。これには充電電圧、充電電流、蓄電池温度、
放電量、放電回数などの蓄電状態と負荷への放電条件が
関係する。温度においては３０℃〜４０℃の使用条件が
適しており、これより高温の時に負極板の劣化や正極芯
金の腐食も促進されて短寿命となるので５０℃を越える
とファンを動作させて機能低下や損傷を防いでいる。特
に放電深度５０％の放電では約１８００サイクル、更に
深い放電深度７５％では１３００サイクル程度に、また
１００％では７００サイクルと短寿命となる。電圧許容
変動範囲では鉛蓄電池はセル当たり２．４Ｖ〜１．８Ｖ
（最近の傾向では２．２５Ｖ〜１．８Ｖ）で、アルカリ
蓄電池では１．６Ｖ〜１．０Ｖとほぼ定格電圧に対し電
圧変動は±１０〜３０％の範囲が寿命劣化を配慮した電
圧変動と考えられているが、使用条件によっては電圧変
動を更に小さく抑える必要がある。
【００３６】二次蓄電池の一般的な使用基準によれば、
放電は長時間にわたる一定電力の放電動作であり、充電
は二次蓄電池の充電許容時間や放電容量によりその定格
が決められた外部充電器により行われるので問題はない
が、例示したような電動イスのように、過渡的充放電動
作を伴う運動体の負荷に適用する場合、これを二次蓄電
池自身の能力で充足しようとすると、不経済、不合理な
装置となり、実用性に劣ることになる。
放電は長時間にわたる一定電力の放電動作であり、充電
は二次蓄電池の充電許容時間や放電容量によりその定格
が決められた外部充電器により行われるので問題はない
が、例示したような電動イスのように、過渡的充放電動
作を伴う運動体の負荷に適用する場合、これを二次蓄電
池自身の能力で充足しようとすると、不経済、不合理な
装置となり、実用性に劣ることになる。
【００３７】しかるに、上述した通り、この発明により
設定した静電容量Ｃｃを有するキャパシタを並列に接続
してなる二次蓄電池アシスト回路を適用することによ
り、運動体負荷の加速減速に伴う過渡的充放電動作は主
としてキャパシタが受け持ち、二次蓄電池としては、運
動体負荷が定速を維持するために必要な軽度でほぼ一定
の負荷を負担すれば済むことになり、二次蓄電池とキャ
パシタの互いに異なる長所を共に有効に活かした合理的
経済的で、信頼性が高く長寿命の電源供給システムを実
現することができる訳である。
設定した静電容量Ｃｃを有するキャパシタを並列に接続
してなる二次蓄電池アシスト回路を適用することによ
り、運動体負荷の加速減速に伴う過渡的充放電動作は主
としてキャパシタが受け持ち、二次蓄電池としては、運
動体負荷が定速を維持するために必要な軽度でほぼ一定
の負荷を負担すれば済むことになり、二次蓄電池とキャ
パシタの互いに異なる長所を共に有効に活かした合理的
経済的で、信頼性が高く長寿命の電源供給システムを実
現することができる訳である。
【００３８】更に、二次蓄電池とキャパシタとの電流分
担特性に言及すれば、今まで、業界では、アシストする
時の初期分担電流を増やす為に、キャパシタの内部抵抗
を小さくすることに考えが固定され、アシストする継続
時間量には関心が薄かった。故に、内部抵抗を小さくす
ることに努力が傾注され、その為静電容量も合わせて小
さくなり、当然ΩＦ値も小さく現在では２［ΩＦ］ぐら
いになっている。これでは例えば３０秒間の充放電をす
る用途には不向きである。しかるに、上述した通り、こ
の発明により電流分担の適正な設定方式を実現したの
で、充放電パターンに応じたアシストキャパシタの設計
選択が容易確実になされることになる。
担特性に言及すれば、今まで、業界では、アシストする
時の初期分担電流を増やす為に、キャパシタの内部抵抗
を小さくすることに考えが固定され、アシストする継続
時間量には関心が薄かった。故に、内部抵抗を小さくす
ることに努力が傾注され、その為静電容量も合わせて小
さくなり、当然ΩＦ値も小さく現在では２［ΩＦ］ぐら
いになっている。これでは例えば３０秒間の充放電をす
る用途には不向きである。しかるに、上述した通り、こ
の発明により電流分担の適正な設定方式を実現したの
で、充放電パターンに応じたアシストキャパシタの設計
選択が容易確実になされることになる。
【００３９】なお、この発明を適用するにあたっては、
以上の実施の形態で説明した、二次蓄電池やキャパシタ
の種別、また、過渡的充放電パターンの場合に限られる
ものではないことは当然である。また、過渡的充放電動
作が要求される負荷としては、例示した電動イスに限ら
ず、電動機を駆動源とする種々の移動体、運動体を想定
することが可能であり、その種の負荷にこの発明を適用
することにより上述したと同等の効果を奏する。
以上の実施の形態で説明した、二次蓄電池やキャパシタ
の種別、また、過渡的充放電パターンの場合に限られる
ものではないことは当然である。また、過渡的充放電動
作が要求される負荷としては、例示した電動イスに限ら
ず、電動機を駆動源とする種々の移動体、運動体を想定
することが可能であり、その種の負荷にこの発明を適用
することにより上述したと同等の効果を奏する。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、この発明に係るキャパシ
タによる二次蓄電池アシスト回路は、所定パターンの過
渡的充放電動作を伴う二次蓄電池と並列にキャパシタを
接続することにより上記二次蓄電池の過渡的充放電動作
による電圧変動を所定の許容範囲内に収めるアシスト回
路であって、上記二次蓄電池の許容電圧変動に相当する
電圧変動が存在した場合に発生する上記キャパシタの充
電または放電容量が、上記所定パターンの過渡的充電ま
たは放電電力エネルギー以上となるよう上記キャパシタ
の静電容量を設定したので、二次蓄電池の電圧変動をそ
の許容範囲に確実に収めることができ、二次蓄電池とキ
ャパシタとの両者の長所を有効に活かした合理的経済的
で、信頼性の高い直流電源システムを実現することがで
きる。
タによる二次蓄電池アシスト回路は、所定パターンの過
渡的充放電動作を伴う二次蓄電池と並列にキャパシタを
接続することにより上記二次蓄電池の過渡的充放電動作
による電圧変動を所定の許容範囲内に収めるアシスト回
路であって、上記二次蓄電池の許容電圧変動に相当する
電圧変動が存在した場合に発生する上記キャパシタの充
電または放電容量が、上記所定パターンの過渡的充電ま
たは放電電力エネルギー以上となるよう上記キャパシタ
の静電容量を設定したので、二次蓄電池の電圧変動をそ
の許容範囲に確実に収めることができ、二次蓄電池とキ
ャパシタとの両者の長所を有効に活かした合理的経済的
で、信頼性の高い直流電源システムを実現することがで
きる。
【００４１】また、この発明に係る二次蓄電池アシスト
回路は、上記所定パターンの過渡的充電または放電電力
エネルギーをＥｇｃ（Ｊ）、上記二次蓄電池の起電電圧
をＶｏ（Ｖ）、上記二次蓄電池の許容電圧変動率をＶｒ
としたとき、上記キャパシタの静電容量Ｃｃ（Ｆ）を下
式で設定したので、二次蓄電池の電圧変動をその許容範
囲に確実に収めることができ、二次蓄電池とキャパシタ
との両者の長所を有効に活かした合理的経済的で、信頼
性の高い直流電源システムを実現することができる。 Ｃｃ≧Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ）
回路は、上記所定パターンの過渡的充電または放電電力
エネルギーをＥｇｃ（Ｊ）、上記二次蓄電池の起電電圧
をＶｏ（Ｖ）、上記二次蓄電池の許容電圧変動率をＶｒ
としたとき、上記キャパシタの静電容量Ｃｃ（Ｆ）を下
式で設定したので、二次蓄電池の電圧変動をその許容範
囲に確実に収めることができ、二次蓄電池とキャパシタ
との両者の長所を有効に活かした合理的経済的で、信頼
性の高い直流電源システムを実現することができる。 Ｃｃ≧Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ）
【００４２】また、この発明に係る二次蓄電池アシスト
回路は、所定パターンの過渡的充放電動作を伴う二次蓄
電池と並列にキャパシタを接続することにより上記二次
蓄電池の過渡的充放電動作による電流を所定の許容範囲
内に収めるアシスト回路であって、上記過渡的充電また
は放電動作の初期時における上記二次蓄電池とキャパシ
タとの電流分担比は、上記二次蓄電池の等価内部抵抗と
キャパシタの内部抵抗との逆比で決定され、上記過渡的
充電または放電動作の終期時における上記キャパシタの
電流の初期値からの減衰率は、上記キャパシタのΩ・Ｆ
値に基づき定まる時定数で決定されるとして算出した、
上記過渡的充放電動作中の上記二次蓄電池の電流の最大
値が上記許容範囲内に収まるよう、上記キャパシタの内
部抵抗およびΩ・Ｆ値を設定したので、二次蓄電池の電
流をその許容範囲に確実に収めることができ、信頼性の
高い直流電源システムを実現することができる。
回路は、所定パターンの過渡的充放電動作を伴う二次蓄
電池と並列にキャパシタを接続することにより上記二次
蓄電池の過渡的充放電動作による電流を所定の許容範囲
内に収めるアシスト回路であって、上記過渡的充電また
は放電動作の初期時における上記二次蓄電池とキャパシ
タとの電流分担比は、上記二次蓄電池の等価内部抵抗と
キャパシタの内部抵抗との逆比で決定され、上記過渡的
充電または放電動作の終期時における上記キャパシタの
電流の初期値からの減衰率は、上記キャパシタのΩ・Ｆ
値に基づき定まる時定数で決定されるとして算出した、
上記過渡的充放電動作中の上記二次蓄電池の電流の最大
値が上記許容範囲内に収まるよう、上記キャパシタの内
部抵抗およびΩ・Ｆ値を設定したので、二次蓄電池の電
流をその許容範囲に確実に収めることができ、信頼性の
高い直流電源システムを実現することができる。
【００４３】また、この発明に係る二次蓄電池は、その
二次蓄電池とキャパシタとの並列接続体に電動機を駆動
源とする運動体を接続し、過渡的充電は上記電動機の減
速回生運転時のエネルギー充電動作が相当し、過渡的放
電は上記電動機の加速力行運転時のエネルギー放電動作
が相当するので、運動体の加減速に伴う過渡的充放電負
担は主としてキャパシタが吸入し、二次蓄電池はもっぱ
ら運動体の定速を維持するための電力供給を分担するこ
とで、二次蓄電池とキャパシタとの互いに異なる両者の
長所を共に有効に活用した合理的な直流電源システムを
実現することができる。
二次蓄電池とキャパシタとの並列接続体に電動機を駆動
源とする運動体を接続し、過渡的充電は上記電動機の減
速回生運転時のエネルギー充電動作が相当し、過渡的放
電は上記電動機の加速力行運転時のエネルギー放電動作
が相当するので、運動体の加減速に伴う過渡的充放電負
担は主としてキャパシタが吸入し、二次蓄電池はもっぱ
ら運動体の定速を維持するための電力供給を分担するこ
とで、二次蓄電池とキャパシタとの互いに異なる両者の
長所を共に有効に活用した合理的な直流電源システムを
実現することができる。
【図１】 この発明の実施の形態１におけるキャパシタ
による二次蓄電池アシスト回路を電動イスの駆動装置に
適用したシステム構成図である。
による二次蓄電池アシスト回路を電動イスの駆動装置に
適用したシステム構成図である。
【図２】 電動イスの走行特性を示す図である。
【図３】 従来から知られた、キャパシタと二次蓄電池
の等価回路を示す図である。
の等価回路を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２におけるモデル電源
システムの回路構成を示す図である。
システムの回路構成を示す図である。
【図５】 モデル電源の充放電パターンを示す図であ
る。
る。
【図６】 キャパシタＡを適用したモデル電源のシミュ
レーション計算による充放電電流特性を示す図である。
レーション計算による充放電電流特性を示す図である。
【図７】 キャパシタＬ１を適用したモデル電源のシミ
ュレーション計算による充放電電流特性を示す図であ
る。
ュレーション計算による充放電電流特性を示す図であ
る。
【図８】 キャパシタＬ２を適用したモデル電源のシミ
ュレーション計算による充放電電流特性を示す図であ
る。
ュレーション計算による充放電電流特性を示す図であ
る。
【図９】 キャパシタＡを適用したモデル電源のシミュ
レーション計算による充放電電圧特性を示す図である。
レーション計算による充放電電圧特性を示す図である。
１ 二次蓄電池Ｂｔ、２ キャパシタＥＤＬＣ、３ 電
源装置、４ インバータ、５ 交流電動機、６ 定電流
源。
源装置、４ インバータ、５ 交流電動機、６ 定電流
源。
Claims (4)
- 【請求項１】 所定パターンの過渡的充放電動作を伴う
二次蓄電池と並列にキャパシタを接続することにより上
記二次蓄電池の過渡的充放電動作による電圧変動を所定
の許容範囲内に収めるアシスト回路であって、 上記二次蓄電池の許容電圧変動に相当する電圧変動が存
在した場合に発生する上記キャパシタの充電または放電
容量が、上記所定パターンの過渡的充電または放電電力
エネルギー以上となるよう上記キャパシタの静電容量を
設定したことを特徴とするキャパシタによる二次蓄電池
アシスト回路。 - 【請求項２】 所定パターンの過渡的充放電動作を伴う
二次蓄電池と並列にキャパシタを接続することにより上
記二次蓄電池の過渡的充放電動作による電圧変動を所定
の許容範囲内に収めるアシスト回路であって、 上記所定パターンの過渡的充電または放電電力エネルギ
ーをＥｇｃ（Ｊ）、上記二次蓄電池の起電電圧をＶｏ
（Ｖ）、上記二次蓄電池の許容電圧変動率をＶｒとした
とき、上記キャパシタの静電容量Ｃｃ（Ｆ）を下式で設
定したことを特徴とするキャパシタによる二次蓄電池ア
シスト回路。 Ｃｃ≧Ｅｇｃ／（Ｖｏ2・Ｖｒ） - 【請求項３】 所定パターンの過渡的充放電動作を伴う
二次蓄電池と並列にキャパシタを接続することにより上
記二次蓄電池の過渡的充放電動作による電流を所定の許
容範囲内に収めるアシスト回路であって、 上記過渡的充電または放電動作の初期時における上記二
次蓄電池とキャパシタとの電流分担比は、上記二次蓄電
池の等価内部抵抗とキャパシタの内部抵抗との逆比で決
定され、 上記過渡的充電または放電動作の終期時における上記キ
ャパシタの電流の初期値からの減衰率は、上記キャパシ
タのΩ・Ｆ値に基づき定まる時定数で決定されるとして
算出した、上記過渡的充放電動作中の上記二次蓄電池の
電流の最大値が上記許容範囲内に収まるよう、上記キャ
パシタの内部抵抗およびΩ・Ｆ値を設定したことを特徴
とするキャパシタによる二次蓄電池アシスト回路。 - 【請求項４】 二次蓄電池とキャパシタとの並列接続体
に電動機を駆動源とする運動体を接続し、過渡的充電は
上記電動機の減速回生運転時のエネルギー充電動作が相
当し、過渡的放電は上記電動機の加速力行運転時のエネ
ルギー放電動作が相当することを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載のキャパシタによる二次蓄電池
アシスト回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000177765A JP2001359244A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | キャパシタによる二次蓄電池アシスト回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000177765A JP2001359244A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | キャパシタによる二次蓄電池アシスト回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001359244A true JP2001359244A (ja) | 2001-12-26 |
Family
ID=18679309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000177765A Pending JP2001359244A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | キャパシタによる二次蓄電池アシスト回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001359244A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005014754A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 車両用電源装置 |
| JP2008118761A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Power System:Kk | 電気車両のハイブリッド蓄電装置及び電気車両 |
| JP2011066972A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Fuji Electric Systems Co Ltd | モータ駆動システム |
| JP2021111782A (ja) * | 2019-12-31 | 2021-08-02 | 位速科技股▲ふん▼有限公司 | エネルギー貯蔵システム |
-
2000
- 2000-06-14 JP JP2000177765A patent/JP2001359244A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005014754A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 車両用電源装置 |
| JP4715079B2 (ja) * | 2003-06-26 | 2011-07-06 | パナソニック株式会社 | 車両用電源装置 |
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| JP2021111782A (ja) * | 2019-12-31 | 2021-08-02 | 位速科技股▲ふん▼有限公司 | エネルギー貯蔵システム |
| US11381098B2 (en) | 2019-12-31 | 2022-07-05 | Ways Technical Corp., Ltd. | Energy storage system |
| JP7303177B2 (ja) | 2019-12-31 | 2023-07-04 | 位速科技股▲ふん▼有限公司 | エネルギー貯蔵システム |
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