JPH06351159A - 蓄電電源装置 - Google Patents

蓄電電源装置

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Publication number
JPH06351159A
JPH06351159A JP5156107A JP15610793A JPH06351159A JP H06351159 A JPH06351159 A JP H06351159A JP 5156107 A JP5156107 A JP 5156107A JP 15610793 A JP15610793 A JP 15610793A JP H06351159 A JPH06351159 A JP H06351159A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
internal resistance
power supply
electric
electric double
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5156107A
Other languages
English (en)
Inventor
Michio Okamura
廸夫 岡村
Takeshi Morimoto
剛 森本
Kazuya Hiratsuka
和也 平塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OKAMURA KENKYUSHO KK
Elna Co Ltd
Okamura Laboratory Inc
AGC Inc
Original Assignee
OKAMURA KENKYUSHO KK
Asahi Glass Co Ltd
Elna Co Ltd
Okamura Laboratory Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OKAMURA KENKYUSHO KK, Asahi Glass Co Ltd, Elna Co Ltd, Okamura Laboratory Inc filed Critical OKAMURA KENKYUSHO KK
Priority to JP5156107A priority Critical patent/JPH06351159A/ja
Publication of JPH06351159A publication Critical patent/JPH06351159A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギ密度が大きく、同時に大きな出力を
短時間で取り出すことを可能にする。 【構成】 静電容量が大であるとともに内部抵抗R1が
比較的高い電気二重層コンデンサからなる第1コンデン
サC1と、静電容量が小であるとともに内部抵抗R2の
低い電気二重層コンデンサからなる第2コンデンサC2
とを並列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気自動車や電気スクー
タなどの動力源として好適な蓄電電源装置に関し、さら
に詳しく言えば、電気二重層コンデンサよりなる蓄電電
源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地球環境保護の観点から、排気ガスを撒
き散らさない電気自動車や電気スクータが注目されてい
る。その駆動動力源としては、もっぱら二次電池が想定
されているが、これにはその大きさおよび重量が少なく
ともガソリンエンジンと同程度で、かつ、同エンジンに
匹敵する動力を確保し得る容量のバッテリーが必要とさ
れる。
【0003】また、短時間に充電可能であるか、もしく
はガソリンの補給と同じように充電済みのものと簡便に
交換できるか、なども実用化するうえでの重要な課題と
されている。
【0004】しかしながら現在のところ、このような要
求を満足し得る二次電池の開発は遅れており、特に充電
に長時間を要することと、ガソリンエンジンに比べて大
きく、かつ、重量があることが問題となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、コンデンサ
の内、電気二重層コンデンサによれば二次電池に相当す
る電気エネルギを貯えることができるばかりでなく、小
型軽量かつ長寿命である点で有利であるが、他方におい
てエネルギ密度と出力密度の関係が問題となる。
【0006】電気自動車や電気スクータの駆動動力源に
は、定常的な出力のほかに、発進時や加速時に特に大き
な出力が求められるため、継続時間は短いが、その短時
間の内にどれだけのパワーが取り出せるか、すなわち出
力密度が大きいかが動力性能を大きく左右することにな
る。
【0007】しかしながら、電気二重層コンデンサの場
合、その属性からして例えば「エネルギ密度;5Wh,
出力密度;500W/l」のように極端に小エネルギ密
度、大出力密度という特性のものが多く、エネルギ密度
と出力密度をともに大きくすることは困難であった。ち
なみに、内部抵抗を大きくしてエネルギ密度を高めると
すると、その大きな内部抵抗のために出力密度が著しく
低下することになる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
を解決するためになされたもので、その構成上の特徴
は、静電容量が大であるとともに内部抵抗が比較的高い
電気二重層コンデンサからなる第1コンデンサと、静電
容量が小であるとともに内部抵抗の低い電気二重層コン
デンサからなる第2コンデンサとを並列に接続してな
り、短時間内の大電流負荷時もしくは充電時には主とし
て上記第2コンデンサによりその電気エネルギを授受
し、比較的時間の長い小電流負荷時もしくは充電時には
主として上記第1コンデンサによりその電気エネルギを
授受するようにしたことにある。
【0009】この場合において、上記第1コンデンサに
は、同コンデンサの内部抵抗に含められる固定抵抗もし
くはチョークコイルを接続し、その抵抗分により負荷に
対する第1および第2コンデンサの分担を使用目的に合
わせて配分することが好ましい。
【0010】
【作用】第1コンデンサはエネルギ密度は大きいが出力
密度が小さい。これに対して、第2コンデンサはエネル
ギ密度は小さいが出力密度が大きい。
【0011】したがって、第2コンデンサにて負荷電流
のピーク時が受け持たれ、定常時の負荷電流は第1コン
デンサにて供給されることになり、全体としてはエネル
ギ密度が大きく、同時に大きな出力を短時間で取り出す
ことが可能となる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しな
がら説明する。まず、図1にはこの蓄電電源装置の回路
構成が概略的に示されている。これによると、同蓄電電
源装置は互いに並列接続された第1コンデンサC1と第
2コンデンサC2の2つのコンデンサを備えている。
【0013】この場合、第1コンデンサC1は静電容量
が大であるとともに内部抵抗R1が比較的高い電気二重
層コンデンサからなり、これに対して、第2コンデンサ
C2は静電容量が小であるとともに内部抵抗R2の低い
電気二重層コンデンサからなる。
【0014】すなわち、第1コンデンサC1はエネルギ
密度は大であるが出力密度が小さく、負荷電流ILの定
常時の供給を受け持つ役割を果たす。他方、第2コンデ
ンサC2はエネルギ密度は小であるが出力密度が大き
く、したがって負荷電流ILのピーク時を負担する。
【0015】なお、第1コンデンサC1内でその内部抵
抗R1により発生する発熱損失を軽減させるため、同コ
ンデンサ外で内部抵抗R1に対して抵抗を追加的に接続
しても良い。参照符号ISは別途に用意された充電電源
などから供給される充電電流であり、例えば長時間の運
転時に用いられる。また、この実施例においては、第1
コンデンサC1に対して、その満充電電圧を制御する充
電制御回路V1とダイオードD1とが並列に接続されて
いる。
【0016】ここで、第1コンデンサC1の静電容量を
75F、内部抵抗R1を3Ω、また、第2コンデンサC
2の静電容量を7.5F、内部抵抗R1を0.1Ωとし
た最大電圧50V,電気容量29Whの蓄電電源装置に
ついてシュミレーションした結果を図2および図3を参
照しながら説明する。
【0017】なお、第1コンデンサC1の内部抵抗R1
は通常の出力密度を考えて設計した場合には0.3Ω程
度であるが、この例では第2コンデンサC2が並列に存
在するため、その10倍の3Ωまで増やしている。内部
抵抗R1に関して、それに追加する抵抗をコンデンサの
セル内にいれるか、外付けとするかは、負荷の条件およ
びコンデンサの放熱特性などを考慮して選択すれば良
い。
【0018】また、第2コンデンサC2については、そ
の静電容量を第1コンデンサC1の1/10とし、出力
密度を大きくするため内部抵抗R2の値を実際に製作可
能な範囲で0.1Ωとした。
【0019】まず、図2(a)はこのシュミレーション
による負荷電流ILの電流波形であり、その時間軸にお
いて100秒から10秒間にわたって20A、その後の
40秒間は2Aの負荷電流を流した。そして、600秒
から20秒間は8A、その後の80秒間は2Aを流し
た。これは電気自動車などで流される典型的な負荷電流
の波形である。
【0020】図2(b)および図2(c)はそれぞれ第
1コンデンサC1と第2コンデンサC2が負担する電流
波形である。想像線で示されている波形は、第2コンデ
ンサC2の静電容量を0.01Fにしたときのもので、
このような小さな値では第2コンデンサC2は負荷電流
の供給に関与しないことが示されている。
【0021】図3(a)には出力電圧が変動する状態が
示されている。これによると、出力電圧は負荷電流20
A,10秒間のときには使用限界と定めた25Vに近い
28Vまで下がるが、負荷電流8A,20秒間のときを
見ると36Vに止まりまだ余裕があることが分かる。ち
なみに、負荷電流10A,20秒としてシュミレートす
ると、そのときの出力電圧は32Vであり、電力量が同
じも尖頭出力が小さい方が電力が有効に利用されること
が分かる。
【0022】図3(b)は負荷に供給される出力電力の
波形である。100秒のところで1kW近いピークが出
ている。より正確に言えば、初めのピーク値が960W
で、10秒経過後に590W位であり、したがって、そ
の中間点での値(出力密度を与える電力)は約700W
ということになる。なお、先に説明したように第2コン
デンサC2の静電容量を0.01F程度の小さな値とし
た場合には、同第2コンデンサC2の出力電圧が0にま
で下がってしまうので電力は出ない。
【0023】図3(c)には第1コンデンサC1の内部
抵抗R1での損失が示されている。第2コンデンサC2
がないか、もしくはその静電容量が上記のように小さい
場合には635Wであるが、第2コンデンサC2の静電
容量が当初の7.5Fの場合には95Wである。発生頻
度も少ないが、全体的に見てこの内部抵抗R1での損失
がもっとも大きい。したがって、抵抗R1を固定抵抗と
してコンデンサセル外で放熱させるようにしても良い。
【0024】このようにして、2つの電気二重層コンデ
ンサC1,C2を組み合わせた蓄電電源装置が体積1l
中に収まるとすれば、その出力密度は700W/lとな
る。この出力密度を瞬間に利用できるパワーにその持続
時間を加味して、最大電流で放電した際に何秒間持続す
るかで表すと、700W・10sec/lとなる。
【0025】この蓄電電源装置6本を電気スクータに搭
載したとすると、4.2kWで10秒間もしくは2.1
kWで20秒間の加速パワーが得られる。なお、第2コ
ンデンサC2が第1コンデンサC1から充電され、次の
加速ができるまでに回復する時間は100秒程度であ
る。
【0026】次に、第1コンデンサC1の内部抵抗R1
に関して、コンデンサセル内に内部抵抗R1を置く代わ
りに、コンデンサセル内における実際の内部抵抗は必要
とする内部抵抗R1の値よりも小さくしておき、外部に
固定抵抗を接続し、この合成抵抗が電力負担の配分に必
要なR1の値となるようにする。これによれば、コンデ
ンサセル内の発熱による温度上昇が抑えられる。
【0027】また、別の方法として上記の外部に置く固
定抵抗に代えて、チョークコイルを用いても良い。これ
によれば、その損失はチョークコイルの直流抵抗成分の
みとなり、同チョークコイルのインダクタンスを調節し
て第1コンデンサと第2コンデンサの負荷配分が可能と
なるため、抵抗R1による損失をより低減することがで
きる。
【0028】ところで、電気車両のブレーキ時に発電さ
せてエネルギを回収する回生制動では、その発生が急激
なピークとなるため、二次電池や内部抵抗の高いコンデ
ンサでは吸収が困難であり、また、回収できたとしても
内部抵抗による損失のために充電効率が悪い。
【0029】この点に関し、この蓄電電源装置における
第2コンデンサC2は、その充放電が全く可逆的であ
り、20A/10秒間の放電が可能ということはほぼ2
0A/10秒間の充電が可能であることを意味してい
る。この数値は、この蓄電電源装置1本についてのもの
であるため、同装置が6本の場合には、4.2kW・1
0秒という回生制動がかかることになる。したがって、
急激な減速時にも急加速時と同様に作用して効率の良い
蓄電電源装置が得られる。
【0030】なお、第1コンデンサC1と第2コンデン
サC2の静電容量と内部抵抗の大小比率は使用する負荷
によって決められ、一般的には約3〜数10倍程度の範
囲で選択されるが、場合によっては1000倍程度にお
よぶこともあり得る。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エネルギ密度は大きいが出力密度が小さい電気二重層コ
ンデンサと、エネルギ密度は小さいが出力密度が大きい
電気二重層コンデンサとを並列に接続し、その一方のコ
ンデンサにて負荷電流のピーク時を受け持ち、他方の電
解コンデンサにて定常時の負荷電流を供給するようにし
たことにより、全体としてはエネルギ密度が大きく、同
時に大きな出力を短時間で取り出すことが可能な蓄電電
源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る蓄電電源装置の概略的
な回路図。
【図2】同実施例のシュミレーションによる波形図。
【図3】同実施例のシュミレーションによる波形図。
【符号の説明】
C1 第1コンデンサ R1 第1コンデンサの内部抵抗 C2 第2コンデンサ R2 第2コンデンサの内部抵抗 IL 負荷電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 廸夫 神奈川県横浜市南区南太田町3丁目303番 地の24 (72)発明者 森本 剛 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 平塚 和也 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静電容量が大であるとともに内部抵抗が
    比較的高い電気二重層コンデンサからなる第1コンデン
    サと、静電容量が小であるとともに内部抵抗の低い電気
    二重層コンデンサからなる第2コンデンサとを並列に接
    続してなり、短時間内の大電流負荷時もしくは充電時に
    は主として上記第2コンデンサによりその電気エネルギ
    を授受し、比較的時間の長い小電流負荷時もしくは充電
    時には主として上記第1コンデンサによりその電気エネ
    ルギを授受するようにしたことを特徴とする蓄電電源装
    置。
  2. 【請求項2】 上記第1コンデンサには、同コンデンサ
    の内部抵抗に含められる固定抵抗もしくはチョークコイ
    ルが接続され、その抵抗分により負荷に対する第1およ
    び第2コンデンサの分担を使用目的に合わせて配分する
    ようにしたことを特徴とする請求項1に記載の蓄電電源
    装置。
JP5156107A 1993-06-02 1993-06-02 蓄電電源装置 Pending JPH06351159A (ja)

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JP5156107A JPH06351159A (ja) 1993-06-02 1993-06-02 蓄電電源装置

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JP5156107A JPH06351159A (ja) 1993-06-02 1993-06-02 蓄電電源装置

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JPH06351159A true JPH06351159A (ja) 1994-12-22

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ID=15620469

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JP5156107A Pending JPH06351159A (ja) 1993-06-02 1993-06-02 蓄電電源装置

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JP (1) JPH06351159A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7616429B2 (en) 2006-03-07 2009-11-10 Mitsubishi Electric Corporation Electric double layer capacitor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7616429B2 (en) 2006-03-07 2009-11-10 Mitsubishi Electric Corporation Electric double layer capacitor

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030618

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050729