JP2009171694A

JP2009171694A - 充電装置

Info

Publication number: JP2009171694A
Application number: JP2008005306A
Authority: JP
Inventors: Satoru Masho; 哲間正
Original assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-30
Also published as: EP2081275A1; US20090179613A1

Abstract

【課題】エネルギーロスを抑えつつ、電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることのできる充電装置を提供する。
【解決手段】二次電池２に蓄積されている電力を電気二重層キャパシタ３に供給して、電気二重層キャパシタ３を充電し、電気二重層キャパシタ３が負荷４に対して電力を供給しない間、電気二重層キャパシタ３に蓄積された電力の少なくとも一部を、二次電池２に対して放電する充電装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層キャパシタの充電を行う充電装置に関する。

電気二重層キャパシタは、繰り返し充放電可能な蓄電装置であって、急速充放電が可能であるなどの特徴を有している。例えば電気二重層キャパシタは、自動車や携帯型医療機器などに用いられる。具体的には、例えば自動車において、二次電池によって充電され、エンジン始動用のスタータモータ、電気式ブレーキシステム、電動パワーステアリングなどの負荷に対して、大きな電力を限られた時間だけ供給する用途に用いられる（例えば特許文献１参照）。
特開２００５‐８０４６６号公報

電気二重層キャパシタは、その両端子間に印加されている電圧が高ければ高いほど、指数関数的にその寿命が短くなるという特性がある。そのため、常に高電圧を印加した状態で使用すると、早く劣化してしまう。そこで、上述したように限られた時間だけ負荷に対する電力供給が必要な用途においては、負荷に対して電力供給を行わない間は、電気二重層キャパシタを強制的に放電させてその電圧を降下させ、長寿命化を図る場合がある。しかしながら、このような放電を行うと、電気二重層キャパシタに蓄積された電力は無駄に消費されることとなり、エネルギーロスの増大を招いてしまう。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、エネルギーロスを抑えつつ、電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることのできる充電装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る充電装置は、二次電池に蓄積されている電力を電気二重層キャパシタに供給して、当該電気二重層キャパシタを充電する充電手段と、前記電気二重層キャパシタが負荷に対して電力を供給しない間、前記電気二重層キャパシタに蓄積された電力の少なくとも一部を、前記二次電池に対して放電する放電手段と、を含むことを特徴とする。

また、上記充電装置において、前記放電手段は、前記電気二重層キャパシタの両端子間の電圧が所定の目標電圧に降下するまで、前記二次電池に対する放電を行うこととしてもよい。

また、上記充電装置において、前記充電手段及び前記放電手段のそれぞれは、昇圧コンバータ又は降圧コンバータによって構成されてもよい。

あるいは、上記充電装置において、前記充電手段及び前記放電手段は、１個の昇降圧コンバータによって構成されてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る充電装置１の動作原理を説明するための、概略の構成図である。本実施形態に係る充電装置１は、二次電池２に蓄積されている電力を電気二重層キャパシタ３に供給して、電気二重層キャパシタ３の充電を行う。ここで、二次電池２及び電気二重層キャパシタ３は、いずれも繰り返し充放電可能な蓄電装置である。なお、本実施形態における電気二重層キャパシタ３は、例えば複数の電気二重層キャパシタセルを相互に接続して構成された電気二重層キャパシタモジュールであってもよい。また、以下の説明においては、二次電池２の端子間電圧（すなわち、二次電池２の電源電圧）を電圧Ｖｂ、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧を電圧Ｖｃと表記する。

また、電気二重層キャパシタ３は、負荷駆動回路５を介して例えば電磁ソレノイドなどの負荷４に接続されており、負荷４に対して電力を供給することにより、負荷４を駆動させる。ただし、電気二重層キャパシタ３は、負荷４を常時駆動させる必要はなく、外部からの制御信号などに応じて決まるタイミングで負荷駆動回路５のオン／オフが切り替えられることにより、限られた期間だけ、負荷駆動回路５を通じ負荷４に対して電力を供給する。なお、電気二重層キャパシタ３は、二次電池２と異なる電圧特性を持ち、その端子間電圧Ｖｃは蓄積されている電力によって変動する。そこで、負荷４に対する電力供給が必要な場合には、端子間電圧Ｖｃが負荷４を駆動させるために必要な電圧（以下、駆動電圧Ｖｃｄという）に達するまで、充電装置１により電気二重層キャパシタ３が充電される。

充電装置１は、図１に示すように、充電回路１１と、放電回路１２と、制御部１３と、を含んで構成されている。また、図１の例においては、制御部１３は、スイッチ１４と、スイッチ１５と、を含んで構成されている。

充電回路１１及び放電回路１２は、いずれも二次電池２と電気二重層キャパシタ３との間に設けられており、互いに並列に接続されている。そして、スイッチ１４は充電回路１１と直列に接続されており、このスイッチ１４が導通すると、充電回路１１を介して二次電池２と電気二重層キャパシタ３とが接続される。また、スイッチ１５は放電回路１２と直列に接続されており、このスイッチ１５が導通すると、放電回路１２を介して二次電池２と電気二重層キャパシタ３とが接続される。

充電回路１１は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成され、二次電池２から入力される入力電圧（すなわち、二次電池２の電源電圧Ｖｂ）を、場合により昇圧又は降圧するなどして、電気二重層キャパシタ３に対して出力する。これにより、充電回路１１は、二次電池２に蓄積されている電力を電気二重層キャパシタ３に供給し、電気二重層キャパシタ３を充電する。ここで、充電回路１１は、二次電池２側から電気二重層キャパシタ３側に向かって流れる電流が所定量を超えないように制限して充電回路を保護することとしてもよい。

なお、充電回路１１が常に二次電池２からの入力電圧Ｖｂを降圧して電気二重層キャパシタ３に出力する場合には、この充電回路１１は抵抗によって構成されてもよい。充電回路１１として抵抗を用いることで、電気二重層キャパシタ３側に流れる電流を制限しながら、二次電池２からの入力電圧Ｖｂを降圧して電気二重層キャパシタ３に印加することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ（降圧コンバータ）を用いる場合と比較して、回路規模を抑えることができる。一方、充電回路１１にスイッチング・レギュレータ等のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた場合、抵抗を用いる場合と比較して、充電時のエネルギーロスを抑えることができる。

放電回路１２は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成され、電気二重層キャパシタ３から入力される入力電圧（すなわち、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃ）を二次電池２に対して出力することにより、電気二重層キャパシタ３の放電を行う。放電回路１２の動作時には、充電回路１１による電気二重層キャパシタ３の充電時とは逆に電気二重層キャパシタ３側から二次電池２側に向かって電流が流れ、電気二重層キャパシタ３に蓄積された電荷の少なくとも一部は、二次電池２側に戻ることとなる。この放電によって、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃは低下する。なお、充電回路１１と同様に、常に電気二重層キャパシタ３からの入力電圧Ｖｃを降圧して二次電池２に出力する場合、放電回路１２は、抵抗によって構成されてもよい。

制御部１３は、充電回路１１及び放電回路１２の動作タイミングを制御する。具体的に、制御部１３は、外部から供給される制御信号に応じて、スイッチ１４及びスイッチ１５のオン／オフを切り替えることによって、充電回路１１及び放電回路１２の動作を制御する。ここで、制御部１３は、スイッチ１４及びスイッチ１５のうち、一方が導通している間、他方を開放して、両者を同時に導通させないように制御する。すなわち、スイッチ１４を導通させている間は、スイッチ１５を開放し、スイッチ１５を導通させている間は、スイッチ１４を開放する。

具体的に、電気二重層キャパシタ３を充電する際には、制御部１３は、スイッチ１４を導通させる。これにより、充電回路１１は二次電池２及び電気二重層キャパシタ３と電気的に接続され、二次電池２に蓄積されている電力を電気二重層キャパシタ３に供給して、電気二重層キャパシタ３を充電する。また、電気二重層キャパシタ３が負荷駆動回路５を通じ負荷４に対して電力を供給しない間、制御部１３は、スイッチ１５を導通させる。これにより、放電回路１２は二次電池２及び電気二重層キャパシタ３と電気的に接続され、電気二重層キャパシタ３から二次電池２への放電を行う。

このような制御によれば、電気二重層キャパシタ３が負荷４に対して電力を供給する必要がない期間において、放電回路１２による電気二重層キャパシタ３の放電が行われ、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃは駆動電圧Ｖｃｄより小さな値に低下する。そのため、負荷４への電力供給が不要な期間も端子間電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｃｄに維持される場合と比較して、電気二重層キャパシタ３の劣化の進行を抑えることができる。また、放電回路１２による放電は充放電可能な二次電池２に対して行われる。すなわち、放電によって電気二重層キャパシタ３から失われた電力の少なくとも一部は、二次電池２に供給されて再利用される。これによって、電気二重層キャパシタ３に蓄積された電力を抵抗などに全て消費させて端子間電圧Ｖｃを降下させる場合と比較して、エネルギーの無駄な消費を抑えることができる。

以下、本実施形態に係る充電装置１のいくつかの具体例について、説明する。

まず第１の例として、二次電池２の電源電圧Ｖｂと電気二重層キャパシタ３の駆動電圧Ｖｃｄとの間に、Ｖｂ＜Ｖｃｄの関係が成り立つ場合について、説明する。この場合、充電回路１１は、例えば昇圧コンバータによって構成され、電気二重層キャパシタ３に流れる電流を制限しながら、二次電池２の電源電圧Ｖｂを昇圧して電気二重層キャパシタ３に対して出力する。また、放電回路１２は、例えば降圧コンバータ又は抵抗によって構成され、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃを電源電圧Ｖｂまで降圧して、二次電池２に対して出力する。

図２は、第１の例（Ｖｂ＜Ｖｃｄの場合）における充電装置１の回路構成の具体例を示す回路図である。この図の例においては、スイッチ素子Ｓｗ１が図１におけるスイッチ１４に相当し、トランジスタＴｒ１が図１におけるスイッチ１５に相当する。また、充電回路１１はＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）であって、放電回路１２は抵抗Ｒ４及びダイオードＤ２を含んで構成されている。ここで、ダイオードＤ２は、Ｖｂ＞ＶｃのときにトランジスタＴｒ１を保護するために抵抗Ｒ４とトランジスタＴｒ１との間に接続されている。以下、図２に示す充電装置１の動作について、説明する。

電気二重層キャパシタ３の充電が必要となった場合、スイッチ素子Ｓｗ１を導通させる制御信号が外部から供給される。この制御信号によりスイッチ素子Ｓｗ１が導通すると、二次電池２の電源電圧Ｖｂが充電回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１１に入力される。充電回路１１は、入力された電源電圧Ｖｂを昇圧して、電気二重層キャパシタ３に出力する。これによって、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｃｄに達するまで、充電回路１１による充電が行われる。また、スイッチ素子Ｓｗ１が導通すると、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴｒ２に流れるベース電流によってトランジスタＴｒ２がオンになり、トランジスタＴｒ２にコレクタ電流が流れる。これにより、トランジスタＴｒ１はオフになり、放電回路１２側には電流が流れなくなる。

一方、電気二重層キャパシタ３の負荷４に対する電力供給が不要になった場合、スイッチ素子Ｓｗ１を開放させる制御信号が外部から供給される。これにより、スイッチ素子Ｓｗ１が開放されると、充電回路１１に二次電池２の電源電圧Ｖｂは入力されなくなる。また、スイッチ素子Ｓｗ１がオフになるとトランジスタＴｒ２もオフになり、これにより電気二重層キャパシタ３から抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１にベース電流が流れ、トランジスタＴｒ１がオンになる。その結果、電気二重層キャパシタ３からトランジスタＴｒ１、及びダイオードＤ２を介して抵抗Ｒ４に電流が流れ、抵抗Ｒ４によって降圧された電圧が、二次電池２に対して印加される。これにより、電気二重層キャパシタ３に蓄積された電力の少なくとも一部は、二次電池２に再供給される。

このとき、放電回路１２には、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃが所定の目標電圧Ｖｔに降下するまで、電流が流れる。すなわち、放電回路１２は、端子間電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｔに降下するまで、電気二重層キャパシタ３の放電を行い、端子間電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｔまで降下した時点で、放電を停止する。図２の例において、この目標電圧Ｖｔは、二次電池２の電源電圧Ｖｂ、及び、放電回路１２やトランジスタＴｒ１による電圧降下等に応じて決まる値となる。

なお、図２の例における充電装置１は、充電回路１１及び放電回路１２のほかに、さらに補充充電回路１６を含んでいる。補充充電回路１６は、二次電池２と電気二重層キャパシタ３との間に配置され、充電回路１１及び放電回路１２に対して並列に接続されている。また、図２の例においては、補充充電回路１６は、抵抗Ｒ５及びダイオードＤ１を含んで構成されている。この補充充電回路１６は、充電回路１１と同様に、二次電池２から電気二重層キャパシタ３に電力を供給して、電気二重層キャパシタ３を充電する動作を行う。具体的に、例えば自然放電などにより電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃが二次電池２の電源電圧Ｖｂ未満にまで低下している場合に、補充充電回路１６は、抵抗Ｒ５及びダイオードＤ１を介して二次電池２から電気二重層キャパシタ３に対して電力を供給することによって、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃが電圧Ｖｂに応じた電圧に達するまで、電気二重層キャパシタ３を充電する。なお、この補充充電回路１６による充電は、スイッチ素子Ｓｗ１がオン／オフいずれの状態にあるかに関わりなく実行される。これにより、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃが電圧Ｖｂに応じた所定の電圧以上になるよう、維持される。

図３は、図２に示す充電装置１における、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃの時間変化の様子の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間（単位：秒）を、縦軸は端子間電圧Ｖｃの値（単位：Ｖ）を、それぞれ表しており、グラフ内の実線は、図２に示す充電装置１における端子間電圧Ｖｃの時間変化を示している。

前述したように、負荷４への電源供給を必要としない場合においても、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃは、所定の目標電圧Ｖｔに維持されている。この状態において、時刻ｔ１の時点で、電気二重層キャパシタ３による負荷４への電力供給が必要となると、電気二重層キャパシタ３の充電を開始させる制御信号が、充電装置１に入力される。これにより、スイッチ素子Ｓｗ１が導通し、充電回路１１による充電が開始される。この充電により、時刻ｔ２の時点までに端子間電圧Ｖｃは駆動電圧Ｖｃｄまで上昇する。その後、充電回路１１が接続されて電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｃｄに維持されている状態が保たれたまま、電気二重層キャパシタ３による負荷４への電力供給が行われる。

さらに、図３のグラフでは、時刻ｔ３の時点において、負荷４への電力供給が不要となったことを示している。この状態になると、負荷４に対する電力供給が不要になったことを示す制御信号が、充電装置１に入力される。これにより、スイッチ素子Ｓｗ１が開放されて充電回路１１による充電は停止し、逆に放電回路１２による放電が開始される。この放電により、時刻ｔ４の時点までに端子間電圧Ｖｃは目標電圧Ｖｔまで降下し、その後は、端子間電圧Ｖｃは目標電圧Ｖｔに維持される。

また、図３のグラフにおける一点鎖線は、負荷４への電力供給不要時に、前述したような所定の目標電圧Ｖｔまでではなく、端子間電圧Ｖｃが０になるまで放電回路１２による放電が行われると仮定した場合の、端子間電圧Ｖｃの時間変化を示している。この場合、前述した実線のグラフと同様に、時刻ｔ１の時点で負荷４への電力供給が必要となったとすると、図中に一点鎖線で示すように、時刻ｔ５の時点までに、端子間電圧Ｖｃが０から駆動電圧Ｖｃｄに達するまで充電される。そして、時刻ｔ５の時点から、負荷４への電力供給が開始される。このように、負荷４への電力供給不要時に電気二重層キャパシタ３を端子間電圧Ｖｃが０になるまで完全に放電することとすると、電気二重層キャパシタ３の充電を開始してから負荷４への電力供給が可能となるまでの待ち時間は（ｔ５−ｔ１）となり、端子間電圧Ｖｃが所定の目標電圧Ｖｔに維持される場合の待ち時間（ｔ２−ｔ１）と比較して、長くなってしまう。この図に示されるように、負荷４への電力供給が不要な間も、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃが０＜Ｖｔ＜Ｖｃｄを満たす所定の目標電圧Ｖｔに維持されることによって、充電を開始してから負荷４の駆動を開始するまでの待ち時間を短くすることができる。

なお、図２の回路においては、放電回路１２に抵抗を用いているので、目標電圧Ｖｔは二次電池２の電源電圧Ｖｂに応じた値となっている。しかしながら、放電回路１２にＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いる場合、電源電圧Ｖｂにはよらずに、負荷４の駆動開始までの待ち時間に対する条件と、電気二重層キャパシタ３の寿命に対する条件と、に応じて目標電圧Ｖｔの値を決定してもよい。

次に、本実施形態に係る充電装置１の第２の例として、二次電池２の電源電圧Ｖｂと電気二重層キャパシタ３の駆動電圧Ｖｃｄとの間に、Ｖｂ≧Ｖｃｄの関係が成り立つ場合について、説明する。この場合、充電回路１１は、例えば降圧コンバータ又は抵抗によって構成され、二次電池２の電源電圧Ｖｂを降圧して電気二重層キャパシタ３に対して出力することにより、その端子間電圧Ｖｃが駆動電圧Ｖｃｄになるまで、電気二重層キャパシタ３を充電する。また、放電回路１２は、例えば昇圧コンバータによって構成され、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃを電源電圧Ｖｂまで昇圧して、二次電池２に対して出力する。

図４は、この第２の例（Ｖｂ≧Ｖｃｄ）における、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃの時間変化の様子の一例を示すグラフである。図４のグラフは、特にＶｂ＝Ｖｃｄの場合について、示している。図３と同様に、横軸は時間（単位：秒）を、縦軸は端子間電圧Ｖｃの値（単位：Ｖ）を、それぞれ表しており、グラフ内の実線は、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃの時間変化を示している。また、図４の例においても、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃは、負荷４への電力供給を必要としない間は、所定の目標電圧Ｖｔに維持されることとする。

図４の例においても、端子間電圧Ｖｃは、図３の例とほぼ同様の時間変化を示している。すなわち、電気二重層キャパシタ３による負荷４への電力供給が必要となった時点（時刻ｔ１）で、充電回路１１による充電が開始され、端子間電圧Ｖｃは、時刻ｔ２の時点までに駆動電圧Ｖｃｄまで上昇する。そして、時刻ｔ２の時点から、電気二重層キャパシタ３による負荷４への電力供給が行われる。また、負荷４への電力供給が不要となった時点（時刻ｔ３）で、放電回路１２による放電が開始される。放電回路１２は、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃを二次電池２の電源電圧Ｖｂまで昇圧して二次電池２に出力することにより、電気二重層キャパシタ３の放電を行う。これにより、端子間電圧Ｖｃは、時刻ｔ４の時点までに目標電圧Ｖｔまで降下する。その後は、端子間電圧Ｖｃは目標電圧Ｖｔに維持される。

この図４の例でも、負荷４への電力供給が不要な間は、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃは目標電圧Ｖｔに維持されるため、電気二重層キャパシタ３を完全に放電させてしまう場合と比較して、充電を開始してから負荷４の駆動を開始するまでの待ち時間を短くすることができる。

これまでの説明においては、電気二重層キャパシタ３の充電を行う充電回路１１と、放電を行う放電回路１２と、は、並列に接続され、互いに独立した回路であることとしている。しかしながら、本発明の実施の形態は、このようなものに限られない。例えば充電装置１は、図１に示す充電回路１１及び放電回路１２に代えて、電気二重層キャパシタ３の充電及び放電を行う手段として、１個の充放電回路１７を備えてもよい。

図５は、このような充電装置１の一つとして、Ｖｂ＜Ｖｃｄの場合の回路構成の一例を示す回路図である。図５の例においては、充電装置１は、充放電回路１７を含んで構成されている。充放電回路１７は、二次電池２と電気二重層キャパシタ３との間に設けられており、例えば流れる電流量を制限しながら電圧の昇圧及び降圧が可能な昇降圧コンバータによって構成される。

図５において、充放電回路（昇降圧コンバータ）１７は、コイルＬ１１、電解コンデンサＣ１１及びＣ１２、スイッチ素子Ｓｗ１１及びＳｗ１２、並びに制御回路１７ａを含んで構成されている。制御回路１７ａが、スイッチ素子Ｓｗ１１及びＳｗ１２のオン／オフを切り替える制御を行うことにより、充放電回路１７は、昇圧又は降圧を行う。具体的に、充放電回路１７は、電気二重層キャパシタ３に対する充電の要否に応じて、二次電池２の電源電圧Ｖｂを昇圧して電気二重層キャパシタ３に出力する（すなわち、電気二重層キャパシタ３を充電する）動作と、電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃを降圧して二次電池２に出力する（すなわち、電気二重層キャパシタ３を放電する）動作と、を切り替えて実行する。

図６は、このような充放電回路１７を備えた充電装置１の別の例として、Ｖｂ≧Ｖｃｄの場合の回路構成の一例を示す回路図である。この図の例においても、充放電回路１７は昇降圧コンバータであって、コイルＬ２１、電解コンデンサＣ２１及びＣ２２、スイッチ素子Ｓｗ２１及びＳｗ２２、並びに制御回路１７ｂを含んで構成されている。制御回路１７ｂが、スイッチ素子Ｓｗ２１及びＳｗ２２のオン／オフを切り替える制御を行うことにより、充放電回路１７は、昇圧又は降圧を行う。ただし、図６の例における昇降圧コンバータは、図５の例とは左右対称な構成で、二次電池２と電気二重層キャパシタ３との間に配置されている。これにより、図６における充放電回路１７は、図５の場合とは逆に、電気二重層キャパシタ３の充電時には二次電池２の電源電圧Ｖｂを降圧して電気二重層キャパシタ３に出力し、電気二重層キャパシタ３の放電時には電気二重層キャパシタ３の端子間電圧Ｖｃを昇圧して二次電池２に出力する。

図７は、図６に示した充電装置１において、スイッチ素子Ｓｗ２１及びＳｗ２２として電界効果トランジスタＴｒ２１及びＴｒ２２を適用した場合の具体例を示している。なお、図７の例においては、さらに、電界効果トランジスタＴｒ２２と並列に、この電界効果トランジスタＴｒ２２を補助するためのダイオードＤ２１が接続されている。

このように、昇降圧コンバータを用いることによって、図２などに示すように充電回路１１と放電回路１２とを独立した回路として設ける場合と比較して、充電装置１の回路構成を簡素化することができる。また、電圧の降圧に抵抗を用いる場合と比較して、充放電に伴うエネルギーロスを抑えることができる。

以上説明した本実施の形態に係る充電装置１によれば、電気二重層キャパシタ３が負荷４への電力供給を必要としない間、電気二重層キャパシタ３に蓄積された電力の少なくとも一部を、二次電池２に対して放電させることにより、電気二重層キャパシタ３の電圧を降下させて電気二重層キャパシタ３の寿命を延ばすことができる。また、電気二重層キャパシタ３に蓄積された電力の少なくとも一部は放電によって二次電池２に回収されるため、抵抗などに全て電力を消費させて電気二重層キャパシタ３の放電を行う場合と比較して、エネルギーロスを抑えることができる。

例えば、本発明の実施の形態を自動車の電源装置に適用すると、毎日繰り返し使用するが一日のうち約半日はエンジン駆動を停止して待機状態になる、通勤用自家用車や昼間営業の社用車などでは、毎日のうち約半分の時間は電気二重層キャパシタの電圧を下げておけるので、電気二重層キャパシタを満充電にしたまま維持する場合に比べて、電気二重層キャパシタの寿命を大幅に延ばすことができる。

なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明において充電回路１１や放電回路１２、または充放電回路１７によって実現されることとした充電機能や放電機能などは、以上説明した構成とは異なる構成の回路によって実現されてもよい。

本発明の実施の形態に係る充電装置の概略の構成例を示す図である。本発明の実施の形態に係る充電装置の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。電気二重層キャパシタの端子間電圧の時間変化の様子の一例を示す図である。電気二重層キャパシタの端子間電圧の時間変化の様子の別の例を示す図である。本発明の実施の形態に係る充電装置の回路構成の別の例を示す回路図である。本発明の実施の形態に係る充電装置の回路構成の別の例を示す回路図である。本発明の実施の形態に係る充電装置の回路構成の別の例を示す回路図である。

符号の説明

１充電装置、２二次電池、３電気二重層キャパシタ、４負荷、５負荷駆動回路、１１充電回路、１２放電回路、１３制御部、１４，１５スイッチ、１６補充充電回路、１７充放電回路。

Claims

二次電池に蓄積されている電力を電気二重層キャパシタに供給して、当該電気二重層キャパシタを充電する充電手段と、
前記電気二重層キャパシタが負荷に対して電力を供給しない間、前記電気二重層キャパシタに蓄積された電力の少なくとも一部を、前記二次電池に対して放電する放電手段と、
を含むことを特徴とする充電装置。
請求項１記載の充電装置において、
前記放電手段は、前記電気二重層キャパシタの両端子間の電圧が所定の目標電圧に降下するまで、前記電気二重層キャパシタの放電を行う
ことを特徴とする充電装置。
請求項１又は２記載の充電装置において、
前記充電手段及び前記放電手段のそれぞれは、昇圧コンバータ又は降圧コンバータによって構成される
ことを特徴とする充電装置。
請求項１又は２記載の充電装置において、
前記充電手段及び前記放電手段は、１個の昇降圧コンバータによって構成される
ことを特徴とする充電装置。