WO2017122776A1

WO2017122776A1 - エネルギー回生システム

Info

Publication number: WO2017122776A1
Application number: PCT/JP2017/001006
Authority: WO
Inventors: 望月　正孝; 春俊萩野; 正和大橋; 裕哲 ▲高▼口; 邦浩直江; 明笹川; 正人菅生; ライトーマスファン
Original assignee: 株式会社フジクラ
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2017-07-20
Also published as: JP6072319B1; JP2017127161A

Abstract

本発明のエネルギー回生システムは、電池と、複数のキャパシタと、動力源と、制御部と、を備える。前記電池と前記キャパシタは直列接続され、前記複数のキャパシタは並列に接続されている。前記制御部は、並列に接続されている前記複数のキャパシタの接続を切り替えて前記動力源によって発生する回生エネルギーの充放電を交互に繰り返すように制御し、前記回生エネルギーが発生している期間と前記動力源が停止している期間に、複数の前記キャパシタに蓄電された電力を前記電池へ蓄積させるように制御する。複数の前記キャパシタの総容量は、前記回生エネルギーが発生している期間における想定される前記動力源の最大の減速度によって得られる前記回生エネルギーを全て蓄積可能な容量である。複数の前記キャパシタは、リチウムイオンキャパシタである。

Description

エネルギー回生システム

　本発明は、エネルギー回生システムに関する。
　本願は、２０１６年１月１５日に日本に出願された特願２０１６－００６３３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　車両の車輪を駆動する動力源としてエンジンとモータを備えるハイブリッド車両が提案されている。このようなハイブリッド車両では、モータの動力源としてキャパシタと二次電池を有している。また、このようなハイブリッド車両において、ブレーキ動作時に、モータを発電機として用いて、モータに発生した電気エネルギー（回生エネルギー）を二次電池に充電して用いる制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、二次電池として、例えば、リチウムイオン電池が用いられる。

　このようなハイブリッド車両において、モータは、短時間に高電力を発電することができる。例えば、重量ｍが１５００［ｋｇ］、時速ｖが７０［ｋｍ／ｈ（時間）］の車両を停止するときに発生する運動エネルギーＭは、２８４，０００［Ｊ（ジュール）］（＝（１／２）×ｍ×ｖ^２）である。ここで、ハイブリッド車両が停止するのに必要な時間、すなわちブレーキ動作時を５秒間とすると、発電量Ｐは、５６．８［ｋＷ］（＝２８４，０００［Ｊ］÷５［ｓｅｃ］）である。この値は、モータの動力にほぼ一致する。

日本国特開２０１１－１８８６２１号公報

　しかしながら、従来技術では、ブレーキ動作時に発電される発電量５６．８［ｋＷ］を全てリチウムイオン電池に充電しようとした場合、リチウムイオン電池の出力密度（Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｎｄｉｔｙ）が小さいため、リチウムイオン電池を並列に接続する必要がある。例えば、リチウムイオン電池の出力密度を１０００［Ｗ／ｋｇ］とすると、５６．８［ｋｇ］のリチウムイオン電池を並列に接続する必要がある。一方、商用の車両に搭載されるリチウムイオン電池はエネルギー密度（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）が高いため、７２［セル］（１セルあたりの重量１５０［ｇ］）程度で５６．８［ｋＷ］の蓄電が可能である。このため、従来技術では、ブレーキ動作時に発電される電気エネルギーを、リチウムイオン電池に直接戻したとしても、リチウムイオン電池には、１９％（＝０．１５［ｋｇ］×７２［セル］÷５６．８［ｋｇ］）しか回生エネルギーを充電することができなかった。この結果、従来技術では、例えば、発電された回生エネルギーのうち、８１％を利用することができなかった。

　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、効率的に回生エネルギーを回収できるエネルギー回生システムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るエネルギー回生システムは、電池と、複数のキャパシタと、動力源と、制御部と、を備え、前記電池と前記キャパシタは直列接続され、前記複数のキャパシタは並列に接続され、前記制御部は、並列に接続されている前記複数のキャパシタの接続を切り替えて前記動力源によって発生する回生エネルギーの充放電を交互に繰り返すように制御し、前記回生エネルギーが発生している期間と前記動力源が停止している期間に、複数の前記キャパシタに蓄電された電力を前記電池へ蓄積させるように制御し、複数の前記キャパシタの総容量は、前記回生エネルギーが発生している期間における想定される前記動力源の最大の減速度によって得られる前記回生エネルギーを全て蓄積可能な容量であり、複数の前記キャパシタは、リチウムイオンキャパシタである。
　これにより、エネルギー回生システムは、従来技術と比較して効率的に回生エネルギーを回収できる。また、エネルギー回生システムは、電池と１つのキャパシタとを直列に接続した場合と比較して、さらに小さいキャパシタを用いることができるので、エネルギー回生システムをさらに小型化することができる。なお、動力源とは、エンジン、モータ、およびジェネレータのうち少なくとも１つである。

　また、本発明の一態様に係るエネルギー回生システムにおいて、前記制御部は、前記複数のキャパシタのうち第１のキャパシタに前記回生エネルギーを充電しているとき、前記複数のキャパシタのうち第２のキャパシタが蓄電している前記回生エネルギーによる電力を前記電池へ蓄電するように制御するようにしてもよい。
　これにより、エネルギー回生システムは、一方のキャパシタ（第１キャパシタ）に充電しながら、他方のキャパシタ（第２キャパシタ）から電池に充電するので、従来技術と比較して効率的にエネルギーを回収できる。

　また、本発明の一態様に係るエネルギー回生システムにおいて、前記制御部は、前記回生エネルギーが発生している期間、並列に接続されている前記複数のキャパシタの接続を切り替えて前記動力源によって発生する回生エネルギーの充放電を交互に繰り返すように制御し、前記回生エネルギーの発生が終了した後、前記複数のキャパシタが蓄電した前記回生エネルギーによる電力を前記電池へ蓄電するように制御するようにしてもよい。
　これにより、エネルギー回生システムは、キャパシタに蓄電後、キャパシタが蓄電した電力を電池へ蓄電することで、従来技術と比較して効率的にエネルギーを回収できる。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るエネルギー回生システムは、電池と、キャパシタと、動力源と、制御部と、を備え、前記電池と前記キャパシタは並列接続され、前記制御部は、前記キャパシタに前記動力源によって発生する回生エネルギーを、前記電池と前記キャパシタとに同時に蓄電し、前記キャパシタに蓄電された電荷を前記電池への電力供給と前記動力源へ電力供給とを切り替えるように制御し、前記回生エネルギーが発生している期間と前記動力源が停止している期間に、前記キャパシタに蓄電された電力を前記電池へ蓄積させるように制御し、前記キャパシタの容量は、前記回生エネルギーが発生している期間における想定される前記動力源の最大の減速度によって得られる前記回生エネルギーを全て蓄積可能な容量であり、前記キャパシタは、リチウムイオンキャパシタである。
　これにより、エネルギー回生システムは、電池とキャパシタに同時に充電できるため、従来技術と比較して効率的にエネルギーを回収できる。

　本発明の態様によれば、従来技術と比較して効率的に回生エネルギーを回収できる。

第１実施形態に係るハイブリッド車両の構成を概念的に示す図である。第１実施形態の変形例のハイブリッド車両の構成を概念的に示す図である。第１実施形態の変形例の充放電装置の動作例を示す図である。第２実施形態に係るハイブリッド車両の構成を概念的に示す図である。第２実施形態に係る充放電装置の動作例を示す図である。減速度と必要なキャパシタの容量の関係の例を示す図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
　図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両１の構成を概念的に示す図である。図１に示すように、ハイブリッド車両１は、エンジン１０（動力源）、歯車１１、車輪１２、モータ１３（動力源）、ジェネレータ１４（動力源）、および充放電装置２０を備える。なお、本実施形態において、エネルギー回生システムは、少なくともモータ１３、充放電装置２０を含む。

　充放電装置２０は、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ、制御部）２１、キャパシタ２２、スイッチ２４（短時間モータ駆動回路）、電池２５、昇圧回路２６、およびダイオード２７を備える。
　充放電装置２０において、スイッチ２４が出力端子ａに接続されているとき、キャパシタ２２、昇圧回路２６、ダイオード２７、および電池２５の順に直列に接続されている。すなわち、本実施形態では、電池２５の前段にキャパシタ２２が接続されている。

　ＰＣＵ２１には、キャパシタ２２の一端（第１端）と、スイッチ２４の出力端子ｂと、電池２５の一端（第１端、例えば、正極側）と、スイッチ２４の制御端子が接続されている。
　キャパシタ２２の他端（第２端）は、昇圧回路２６の入力端に接続されている。
　昇圧回路２６の他端（第２端）は、ダイオード２７の一端（第１端、アノード）に接続されている。
　ダイオード２７の他端（第２端、カソード）がスイッチ２４の入力端子に接続されている。
　スイッチ２４は、出力端子ａが電池２５の他端（第２端、例えば、負極側）に接続されている。

　エンジン１０は、燃料を燃焼して出力を発生するものであり、例えば、ガソリンやガス燃料を燃焼する火花点火式エンジン、あるいはディーゼルエンジン等である。エンジン１０は、歯車１１、トランスミッション、クラッチ、車軸等を介して車輪１２を駆動する。歯車１１は、例えば、遊星歯車である。

　モータ１３は、充放電装置２０から供給された電力を用いて車輪１２を駆動する。また、モータ１３は、ブレーキ動作時、発電機として機能し、発電した回生エネルギーを電気エネルギーに変換して、変換した電気エネルギーを充放電装置２０に供給する。なお、減速時とは、運転者によってブレーキが踏まれたり、アクセルがゆるめられたときを含む。
　ジェネレータ１４は、発電機であり、エンジン１０によって駆動された歯車１１の回転によって発生する動力によって発電を行い、発電した電力をＰＣＵ２１に供給する。

　充放電装置２０は、ジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または減速時にモータ１３が発電した回生エネルギーを電池２５に蓄電する。充放電装置２０は、ジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または電池２５に蓄電されている電気エネルギーのうち少なくとも１つを用いてモータ１３を駆動するように制御する。

　ＰＣＵ２１は、通常動作時にスイッチ２４を出力端子ａに接続するように制御し、エンジン１０の回転に応じてジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または減速時にモータ１３が発電した回生エネルギーを、一度、キャパシタ２２に蓄電し、キャパシタ２２に蓄電された電気エネルギーを電池２５に蓄電する。なお、通常動作時とは、ハイブリッド車両１の走行時等である。ＰＣＵ２１は、ジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または電池２５に蓄電されている電気エネルギーのうち少なくとも１つを用いてモータ１３を駆動するように制御する。なお、ＰＣＵ２１は、例えば、減速時に、電池２５を切り離して、キャパシタ２２のみに回生エネルギーを蓄電するように制御してもよい。また、ＰＣＵ２１は、短時間で大電圧が必要な場合、スイッチ２４を出力端子ｂに接続するように制御し、キャパシタ２２に蓄電した電力を電池２５へ移動させずに、モータ１３の駆動に直接用いるように制御してもよい。

　キャパシタ２２は、例えば、リチウムイオンキャパシタである。キャパシタ２２は、回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電し、蓄電した電気エネルギーを昇圧回路２６とダイオード２７とスイッチ２４を介して、電池２５およびモータ１３に供給する電力供給源として機能する。

　昇圧回路２６は、キャパシタ２２に蓄電された電圧を昇圧し、昇圧した電力をダイオード２７とスイッチ２４を介して、電池２５またはＰＣＵ２１に供給する。
　ダイオード２７は、電池２５に蓄電された電力がキャパシタ２２に逆流することを防ぐ働きをする。

　スイッチ２４は、機械式のスイッチ、またはスイッチング素子である。スイッチ２４は、ＰＣＵ２１の制御に応じて、通常動作時に昇圧回路２６の出力端を出力端子ａ側に接続するように切り替わり、例えば、短時間で大電圧が必要な場合に昇圧回路２６の出力端を出力端子ｂ側に接続するように切り替わる。これにより、通常動作時、キャパシタ２２に蓄電されたエネルギーは、昇圧回路２６とスイッチ２４を介して電池２５に供給される。短時間で大電圧が必要な場合、キャパシタ２２に蓄電されたエネルギーは、昇圧回路２６とスイッチ２４を介してＰＣＵ２１に供給される。このように、スイッチ２４は、短時間で大電圧が必要な場合に用いられる短時間モータ駆動回路でもある。
　電池２５は、例えば、リチウムイオンバッテリーである。

　ここで、ハイブリッド車両１の動作の一例を説明する。
　低速走行時、ＰＣＵ２１には、例えば、電池２５に蓄電されている電力が供給される。ＰＣＵ２１は、供給された電力を用いて、モータ１３を駆動することでハイブリッド車両１を低速走行させる。
　また、通常走行時、エンジン１０の動力を主に用いて走行させる。このエンジン１０による動力は、歯車１１等を介して車輪１２を駆動するとともに、ジェネレータ１４にも供給される。そして、ジェネレータ１４が発電した電力は、ＰＣＵ２１に供給される。ＰＣＵ２１は、ジェネレータ１４から供給された電力を用いてモータ１３を駆動し、例えば、エンジン１０の駆動力を補助する。
　そして、モータ１３は、減速時、車輪１２の回転によって発電した回生エネルギーをＰＣＵ２１に出力する。ＰＣＵ２１は、この回生エネルギーによる電力をキャパシタ２２に蓄電するように制御する。

　本実施形態では、上述した構成によって、キャパシタ２２が回生エネルギーを一時的に蓄電し、蓄電した回生エネルギーのほぼ全てを電池２５へ移すことができる。

　ここで、本実施形態によって蓄電可能な電気エネルギーの一例を説明する。
　従来技術で説明した条件と同様に、重量ｍが１５００［ｋｇ］、時速ｖが７０［ｋｍ／ｈ］のハイブリッド車両１を停止するときに発生する運動エネルギーＭは、２８４［ｋＪ］（＝（１／２）×ｍ×ｖ^２）である。そして、ハイブリッド車両１が停止するのに必要な時間を５秒間とすると、発電量Ｐは、５６．８［ｋＷ］（＝２８４［ｋＪ］÷５［ｓｅｃ］）である。また、本実施形態では、入力電力損失を抑えるために、キャパシタ２２から電池２５への放電を、例えば、１秒当たり１０．８［ｋＪ］とする。

　従来技術のようにキャパシタが設置されてなく、ハイブリッド車両が停止するのに必要な時間に発電される発電量Ｐ５６．８［ｋＷ］を全て電池に充電しようとした場合、リチウムイオン電池の出力密度（Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｎｄｉｔｙ）を１０００［Ｗ／ｋｇ］とすると、５６．８［ｋｇ］の電池が必要になる。一方、リチウムイオン電池はエネルギー密度（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）が高いため、７２［セル］（１セルあたりの重量１５０［ｇ］）程度で電池は５６．８［ｋＷ］の蓄電が可能である。このため、ハイブリッド車両が停止するのに必要な５秒間に発電される発電量Ｐ５６．８［ｋＷ］を、蓄電可能な７２セルの電池に直接蓄電したとしても、電池には、１９％（＝０．１５［ｋｇ］×７２［セル］÷５６．８［ｋｇ］）しか回生エネルギーを蓄電することができなかった。
　一方、本実施形態では、リチウムイオンキャパシタの出力密度は大きいため、キャパシタ２２は、ハイブリッド車両１が停止するのに必要な５秒間に発電される電気エネルギーをほぼ１００％蓄電できる。そして、約２６．３［秒］（＝２８４［ｋＪ］÷１０．８［ｋＪ］）で、キャパシタ２２から電池２５へ蓄電ができる。すなわち、本実施形態によれば、ハイブリッド車両１が２７秒以上停止している場合、減速（停止にまでにかかる時間）によって発生した回生エネルギーのほぼ全てを、キャパシタ２２から電池２５へ移すことができるので、回生エネルギーの利用率がほぼ１００％である。このように、本実施形態によれば、利用率をほぼ１００％にできるため、従来技術と比較して回生エネルギーの利用効率を向上させることができる。

　また、キャパシタ２２のエネルギー密度を１８［Ｗｈ／ｋｇ］（＝１８×３，６００［Ｊ／ｋｇ］）とすると、本実施形態によれば、この発電量Ｐ５６．８［ｋＷ］を全て１つのキャパシタ２２に蓄電するには、４．３８［ｋｇ］（＝２８４，０００÷（１８×３，６００））のキャパシタが必要になる。
　また、キャパシタ２２と電池２５の重量の合計は、１５．１８［ｋｇ］（＝１０．８［ｋｇ］＋４．３８［ｋｇ］）である。このように、本実施形態によれば、減速（ハイブリッド車両が停止するのに必要な時間）によって発生した回生エネルギーの利用率がほぼ１００％にするために必要な電池の重量が５６．８［ｋｇ］の従来技術と比較して、エネルギー回生システムを小型化することができる。

　この構成によって、本実施形態の充放電装置２０は、回生エネルギーを、まずキャパシタ２２に蓄電する。そして、充放電装置２０は、キャパシタ２２に蓄電された電気エネルギーを昇圧回路２６によって昇圧し、昇圧した電力を電池２５へ蓄電する。このように、本実施形態によれば、従来技術と比較して、回生エネルギーを効率的（ほぼ１００％）に回収して利用することができる。さらに、本実施形態によれば、一度、回生エネルギーをキャパシタ２２に蓄電した後に電池２５に蓄電することで、回生エネルギーで得られる電気エネルギーが不安定であり電圧や電流が変動する場合であっても、この変動分をキャパシタ２２で吸収することで、変動による電池２５の劣化を防ぐ効果も得られる。

　なお、ＰＣＵ２１と昇圧回路２６の入力端との間に接続されるキャパシタ２２の数は２つ以上であってもよい。例えば、ＰＣＵ２１と昇圧回路２６の入力端との間に複数のキャパシタが直列または並列に接続されていてもよい。なお、これら複数のキャパシタには、同時に回生エネルギーが蓄電される。

＜変形例＞
　次に、本実施形態の変形例を説明する。
　本実施形態では、キャパシタ２２が１つの例を説明したが、これに限られない。キャパシタ２２の数は２つ以上であってもよい。変形例として、ＰＣＵ２１Ａと昇圧回路２６との間に並列に接続されるキャパシタ２２が２つのキャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂとで構成されている場合を説明する。
　図２は、本実施形態の変形例のハイブリッド車両１Ａの構成を概念的に示す図である。
ハイブリッド車両１と同様の機能を有する機能部については、同じ符号を用いて説明を省略する。図２に示すように、ハイブリッド車両１Ａは、エンジン１０（動力源）、歯車１１、車輪１２、モータ１３（動力源）、ジェネレータ１４（動力源）、および充放電装置２０Ａを備える。なお、本実施形態において、エネルギー回生システムは、少なくともモータ１３、充放電装置２０Ａを含む。

　充放電装置２０Ａは、ＰＣＵ２１Ａ、第１ＡのＳＷ（スイッチ）２９Ａ、キャパシタ２２Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、ダイオード３１Ａ、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、キャパシタ２２Ｂ、第２ＢのＳＷ３０Ｂ、ダイオード３１Ｂ、スイッチ２４Ａ、昇圧回路２６、および電池２５を備える。

　充放電装置２０Ａにおいて、第１ＡのＳＷ２９Ａ、キャパシタ２２Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、およびダイオード３１Ａが順に直列に接続されている。
　第１ＡのＳＷ２９Ａの入力端子は、ＰＣＵ２１Ａと第１ＢのＳＷ２９Ｂの入力端子に接続されており、第１ＡのＳＷ２９Ａの出力端がキャパシタ２２Ａの一端（第１端）に接続され、第１ＡのＳＷ２９Ａの制御端子がＰＣＵ２１Ａに接続されている。
　キャパシタ２２Ａの他端（第２端）は、第２ＡのＳＷ３０Ａの入力端に接続されている。
　第２ＡのＳＷ３０Ａの出力端子は、ダイオード３１Ａの一端（アノード）に接続され、制御端子がＰＣＵ２１Ａに接続されている。
　ダイオード３１Ａの他端（カソード）は、昇圧回路２６の入力端とダイオード３１Ｂの他端（カソード）に接続されている。

　充放電装置２０Ａにおいて、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、キャパシタ２２Ｂ、第２ＢのＳＷ３０Ｂ、およびダイオード３１Ｂが順に直列に接続されている。
　第１ＢのＳＷ２９Ｂは、入力端子がＰＣＵ２１Ａと第１ＡのＳＷ２９Ａの入力端子に接続され、第１ＢのＳＷ２９Ｂの出力端がキャパシタ２２Ｂの一端（第１端）に接続され、制御端子がＰＣＵ２１Ａに接続されている。
　キャパシタ２２Ｂの他端（第２端）は、第２ＢのＳＷ３０Ｂの入力端に接続されている。
　第２ＢのＳＷ３０Ｂの出力端子は、ダイオード３１Ｂの一端（アノード）に接続され、制御端子がＰＣＵ２１Ａに接続されている。
　ダイオード３１Ｂの他端（カソード）は、昇圧回路２６の入力端とダイオード３１Ａの他端（カソード）に接続されている。

　第１ＡのＳＷ２９Ａ、キャパシタ２２Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、ダイオード３１Ａによる直列回路と、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、キャパシタ２２Ｂ、第２ＢのＳＷ３０Ｂ、ダイオード３１Ｂによる直列回路と、が並列に接続されている。この並列回路に、さらに、昇圧回路２６、スイッチ２４Ａ、電池２５と、が順に直列に接続されている。

　昇圧回路２６の出力端は、スイッチ２４Ａの入力端子に接続されている。
　スイッチ２４Ａの出力端子ａは、電池２５の一端（例えば、負極側）に接続され、スイッチ２４Ａの出力端子ｂは、電池２５の他端（例えば、正極側）とＰＣＵ２１Ａに接続され、スイッチ２４Ａの制御端子がＰＣＵ２１Ａに接続されている。

　充放電装置２０Ａは、ジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または減速時にモータ１３が発電した回生エネルギーを電池２５に蓄電する。充放電装置２０Ａは、ジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または電池２５に蓄電されている電気エネルギーのうち少なくとも１つを用いてモータ１３を駆動するように制御する。

　ＰＣＵ２１Ａは、ジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または減速時にモータ１３が発電した回生エネルギーを、一度、キャパシタ２２Ａおよびキャパシタ２２Ｂに交互に蓄電するように、第１ＡのＳＷ２９Ａと第１ＢのＳＷ２９Ｂとスイッチ２４Ａを切り替える。ＰＣＵ２１Ａは、キャパシタ２２Ａおよびキャパシタ２２Ｂに蓄電された電気エネルギーを交互に電池２５に蓄電するように、第２ＡのＳＷ３０Ａと第２ＢのＳＷ３０Ｂとスイッチ２４Ａを切り替える。ＰＣＵ２１Ａは、ジェネレータ１４が発電した電気エネルギー、または電池２５に蓄電されている電気エネルギーのうち少なくとも１つを用いてモータ１３を駆動するように制御する。

　第１ＡのＳＷ２９Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、および第２ＢのＳＷ３０Ｂは、例えば、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ　Ｔｕｒｎ－Ｏｆｆ　ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ；ゲートターンオフサイリスタ）またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ
　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。なお、第１ＡのＳＷ２９Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、および第２ＢのＳＷ３０ＢがＧＴＯの場合、遮断後に残存電流をキャパシタ２２Ａまたはキャパシタ２２Ｂに蓄電することができる効果も得られる。第１ＡのＳＷ２９Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、および第２ＢのＳＷ３０Ｂは、ＰＣＵ２１Ａに制御に応じてオン状態とオフ状態とが切り替わる。

　キャパシタ２２Ａおよびキャパシタ２２Ｂは、例えば、リチウムイオンキャパシタである。キャパシタ２２Ａは、回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電し、蓄電した電気エネルギーを、第２ＡのＳＷ３０Ａ、ダイオード３１Ａ、昇圧回路２６、及びスイッチ２４Ａを介して電池２５に供給する。キャパシタ２２Ｂは、回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電し、蓄電した電気エネルギーを、第２ＢのＳＷ３０Ｂ、ダイオード３１Ｂ、昇圧回路２６、及びスイッチ２４Ａを介して電池２５に供給する。

　ダイオード３１Ａ、ダイオード３１Ｂは、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂとの間で電気が流れるのを防ぐ働きをする。また、ダイオード３１Ａ、ダイオード３１Ｂは、キャパシタ２２Ａおよびキャパシタ２２Ｂから電池２５へ電力を供給するときに、電池２５に蓄電された電気がキャパシタ２２Ａおよびキャパシタ２２Ｂに逆流することを防ぐ働きをする。

　スイッチ２４Ａは、ＰＣＵ２１Ａの制御に応じて、通常動作時に昇圧回路２６の出力端を出力端子ａ側に接続するように切り替わり、例えば、短時間で大電圧が必要な場合に昇圧回路２６の出力端を出力端子ｂ側に接続するように切り替わる。これにより、通常動作時、キャパシタ２２Ａに蓄電されたエネルギーは、第２ＡのＳＷ３０Ａ、ダイオード３１Ａ、昇圧回路２６、及びスイッチ２４Ａを介して電池２５に供給され、キャパシタ２２Ｂに蓄電されたエネルギーは、第２ＢのＳＷ３０Ｂ、ダイオード３１Ｂ、昇圧回路２６、及びスイッチ２４Ａを介して電池２５に供給される。短時間で大電圧が必要な場合、キャパシタ２２Ａまたはキャパシタ２２Ｂに蓄電されたエネルギーは、昇圧回路２６とスイッチ２４Ａを介してＰＣＵ２１Ａに供給される。このように、スイッチ２４Ａは、短時間で大電圧が必要な場合に用いられる短時間モータ駆動回路でもある。
　なお、短時間で大電圧が必要な場合、ＰＣＵ２１Ａは、全てのスイッチ（第１ＡのＳＷ２９Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、および第２ＢのＳＷ３０Ｂ）をオン状態にするように制御する。すなわち、短時間で大電圧が必要な場合は、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂとで交互に充放電を行わない。この場合は、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂとの間の逆流を防ぐ必要がある。このため、図２に示すように、本実施形態では、ダイオードを昇圧回路２６とスイッチ２４Ａとの間ではなく、２つのダイオード（ダイオード３１Ａとダイオード３２Ｂ）を備えている。

　なお、第１ＡのＳＷ２９Ａと第２ＡのＳＷ３０Ａとの間に接続されるキャパシタ２２Ａの数は２つ以上であってもよい。例えば、第１ＡのＳＷ２９Ａと第２ＡのＳＷ３０Ａとの間に複数のキャパシタが直列または並列に接続されていてもよい。なお、これら複数のキャパシタには、同時に回生エネルギーが蓄電される。同様に、第１ＢのＳＷ２９Ｂと第２ＢのＳＷ３０Ｂとの間に接続されるキャパシタ２２Ｂの数は２つ以上であってもよい。例えば、第１ＢのＳＷ２９Ｂと第２ＢのＳＷ３０Ｂとの間に複数のキャパシタが直列または並列に接続されていてもよい。この場合であって、複数のキャパシタ２２Ａと、複数のキャパシタ２２Ｂとが交互に充放電するように、ＰＣＵ２１Ａが制御する。

　次に、充放電装置２０Ａの動作例を説明する。
　図３は、本実施形態の変形例の充放電装置２０Ａの動作例を示す図である。図３において横軸は時刻を表し、縦軸は蓄電量やスイッチの状態を表す。波形ｇ１は、回生エネルギーの変化を表し、波形ｇ２は、キャパシタ２２Ａの蓄電量の変化を表し、波形ｇ３は第１ＡのＳＷ２９Ａの状態を表し、波形ｇ４は第２ＡのＳＷ３０Ａの状態を表す。波形ｇ５は、キャパシタ２２Ｂの蓄電量の変化を表し、波形ｇ６は第１ＢのＳＷ２９Ｂの状態を表し、波形ｇ７は第２ＢのＳＷ３０Ｂの状態を表し、波形ｇ８は電池２５の蓄電量の変化を表す。なお、図３における数値は、蓄電量である電気エネルギーであり、単位は［ｋＪ］である。また、数値の計算条件は、以下である。前述した条件と同様に、重量ｍが１５００［ｋｇ］、時速ｖが７０［ｋｍ／ｈ］のハイブリッド車両１Ａを停止するときに発生する運動エネルギーＭは、２８４，０００［Ｊ］（＝２８４［ｋＪ］）である。そして、ハイブリッド車両１Ａが停止するのに必要な時間を５秒間とすると、発電量Ｐは、５６．８［ｋＷ］である。
　さらに、１つのキャパシタ（キャパシタ２２Ａまたはキャパシタ２２Ｂ）に１秒間で送られる電気エネルギーを５６．８［ｋＪ］とする。また、キャパシタ２２Ａまたはキャパシタ２２Ｂから電池２５への放電を、第１実施形態と同様に１秒当たり１０．８［ｋＪ］とする。

　時刻ｔ１から時刻ｔ６の期間、減速が行われる。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ６の期間は、例えば、５秒間である。また、時刻ｔ１と時刻ｔ２の期間、時刻ｔ２と時刻ｔ３の期間、時刻ｔ３と時刻ｔ４の期間、時刻ｔ４と時刻ｔ５の期間、時刻ｔ５と時刻ｔ６の期間それぞれは、例えば、１秒ずつである。波形ｇ１に示すように、モータ１３によって、回生エネルギーが発生する。発生する電気エネルギーは、上述したように２８４［ｋＪ］である。
そして、ＰＣＵ２１Ａは、１秒ごとにキャパシタ２２Ａに蓄電と放電を繰り返し、１秒ごとにキャパシタ２２Ｂに蓄電と放電を繰り返しつつ、電池２５への蓄電を行う。

　時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間、波形ｇ３、ｇ４、ｇ６、ｇ７に示すように、ＰＣＵ２１Ａは、キャパシタ２２Ａに回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電するようにスイッチ（第１ＡのＳＷ２９Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、第２ＢのＳＷ３０Ｂ）を制御する。この結果、時刻ｔ２のとき、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂそれぞれに蓄電される電気エネルギーそれぞれは、波形ｇ２と波形ｇ５に示すように、５６．８［ｋＪ］、０［ｋＪ］である。また、電池２５の蓄電量は、波形ｇ８に示すように０［ｋＪ］である。

　時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間、波形ｇ３、ｇ４、ｇ６、ｇ７に示すように、ＰＣＵ２１Ａは、キャパシタ２２Ｂに回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電しつつ、キャパシタ２２Ａが蓄電した電気エネルギーを電池２５に蓄電するようにスイッチを制御する。この結果、時刻ｔ３のとき、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂそれぞれに蓄電される電気エネルギーそれぞれは、波形ｇ２と波形ｇ５に示すように、４６（＝５６．８－１０．８）［ｋＪ］、５６．８（＝０＋５６．８）［ｋＪ］である。また、電池２５の蓄電量は、波形ｇ８に示すように１０．８（＝０＋１０．８）［ｋＪ］である。

　時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間、波形ｇ３、ｇ４、ｇ６、ｇ７に示すように、ＰＣＵ２１Ａは、キャパシタ２２Ａに回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電しつつ、キャパシタ２２Ｂが蓄電した電気エネルギーを電池２５に蓄電するようにスイッチを制御する。この結果、時刻ｔ４のとき、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂそれぞれに蓄電される電気エネルギーそれぞれは、波形ｇ２と波形ｇ５に示すように、１０２．８（＝４６＋５６．８）［ｋＪ］、４６（＝５６．８－１０．８）［ｋＪ］である。また、電池２５の蓄電量は、波形ｇ８に示すように２１．６（＝１０．８＋１０．８）［ｋＪ］である。

　時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間、波形ｇ３、ｇ４、ｇ６、ｇ７に示すように、ＰＣＵ２１Ａは、キャパシタ２２Ｂに回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電しつつ、キャパシタ２２Ａが蓄電した電気エネルギーを電池２５に蓄電するようにスイッチを制御する。この結果、時刻ｔ５のとき、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂそれぞれに蓄電される電気エネルギーそれぞれは、波形ｇ２と波形ｇ５に示すように、９２（＝１０２．８－１０．８）［ｋＪ］、１０２．８（＝５６．８＋４６）［ｋＪ］である。また、電池２５の蓄電量は、波形ｇ８に示すように３２．４（＝２１．６＋１０．８）［ｋＪ］である。

　時刻ｔ５から時刻ｔ６の期間、波形ｇ３、ｇ４、ｇ６、ｇ７に示すように、ＰＣＵ２１Ａは、キャパシタ２２Ａに回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電しつつ、キャパシタ２２Ｂが蓄電した電気エネルギーを電池２５に蓄電するようにスイッチを制御する。この結果、時刻ｔ６のとき、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂそれぞれに蓄電される電気エネルギーそれぞれは、波形ｇ２と波形ｇ５に示すように、１４８．８（＝９２＋５６．８）［ｋＪ］、９２（＝１０２．８－１０．８）［ｋＪ］である。また、電池２５の蓄電量は、波形ｇ８に示すように４３．２（＝３２．４＋１０．８）［ｋＪ］である。

　この結果、減速動作が開始された５秒後の時刻ｔ６のときに、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂに蓄電される電気エネルギーの合計は、２４０．８［ｋＪ］（＝１４８．８＋９２）＝６６．８９［Ｗｈ］となる。
　時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間、ＰＣＵ２１Ａは、時刻ｔ１から時刻ｔ６の期間にキャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂに蓄電された電気エネルギーを電池２５に蓄電するようにスイッチを制御する。なお、蓄電された電気エネルギー２４０．８［ｋＪ］を電池２５へ移動させるのに要する時間は、２２．３［秒］（２４０．８÷１０．８）である。時刻ｔ７のとき、キャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂそれぞれの蓄電量は０［ｋＪ］であり、電池２５の蓄電量は２８４［ｋＪ］である。すなわち、ハイブリッド車両１Ａが５秒間、減速動作を行った後、約２３秒以上停止していれば、ハイブリッド車両１Ａが停止している時間に回生エネルギーをすべて電池２５に蓄電することができる。

　なお、ＰＣＵ２１Ａは、停止時にキャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂが蓄電した回生エネルギーによる電力を同時または交互に電池へ蓄電するように制御してもよい。

　なお、図２および図３に示した例では、並列に接続されるキャパシタが２つの例を示したが、キャパシタの個数はｎ個（ｎは３以上の整数）であってもよい。この場合、充放電装置２０Ａは、キャパシタ毎に第１のＳＷ、第２のＳＷを備え、ＰＣＵ２１Ａがｎ個のキャパシタ２２を交互に充放電するように制御するようにしてもよい。例えば、３個のキャパシタ２２Ａ、２２Ｂおよび２２Ｃの場合、ＰＣＵ２１Ａは、まず、キャパシタ２２Ａに蓄電し、次の時刻にキャパシタ２２Ｂに蓄電しつつキャパシタ２２Ａが蓄電した電気エネルギーを電池２５に蓄電し、次の時刻にキャパシタ２２Ｃに蓄電しつつキャパシタ２２Ａおよび２２Ｂが蓄電した電気エネルギーを電池２５に蓄電ように制御するようにしてもよい。

　以上のように、本実施形態の充放電装置２０Ａは、電池２５と、複数のキャパシタ（キャパシタ２２Ａ、キャパシタ２２Ｂ）と、動力源（エンジン１０、モータ１３、およびジェネレータ１４のうち少なくとも１つ）と、制御部（ＰＣＵ２１Ａ、第１ＡのＳＷ２９Ａ、第２ＡのＳＷ３０Ａ、第１ＢのＳＷ２９Ｂ、第２ＢのＳＷ３０Ｂ）と、を備える。電池とキャパシタは直列接続され、複数のキャパシタは並列に接続され、制御部は、並列に接続されている複数のキャパシタの接続を切り替えて動力源によって発生する回生エネルギーの充放電を交互に繰り返すように制御する。

　変形例では、上述した構成によって第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態では、キャパシタの重量は、前述したように、例えば、４．３８［ｋｇ］である。一方、変形例のようにキャパシタが２個の場合、キャパシタの最大畜電量はキャパシタ２２Ａが１４８．８［ｋＪ］、キャパシタ２２Ｂが１０２．８［ｋＪ］であり、キャパシタ２２Ａと２２Ｂに蓄電される電気エネルギーの合計は、２５１．６［ｋＪ］＝６９．８９［Ｗｈ］である。このため、キャパシタ２２Ａと２２Ｂの合計の重量は、約３．８８［ｋｇ］（＝６９．８９÷１８）である。また、本実施形態におけるキャパシタ２２Ａ、２２Ｂと電池２５の合計重量は、１４．６８［ｋｇ］（＝１０．８＋３．８８）である。このように、変形例によれば、第１実施形態と比較してエネルギー回生システムを小型化することができる。

　また、本実施形態では、キャパシタを並列に接続し、交互に充放電するように制御したので、一方のキャパシタ（第１キャパシタ）に充電しながら、他方のキャパシタ（第２キャパシタ）から電池に充電する。この結果、本実施形態によれば、スイッチにＧＴＯを用いることで遮断後に残存電流を用いて蓄電することができる。また、本実施形態によれば、キャパシタに蓄電後、例えば、ハイブリッド車両１Ａの停止時に、キャパシタが蓄電した電力を電池へ蓄電することで、第１実施形態と同様に、従来技術と比較して、効率的にエネルギーを回収できる。

　また、本実施形態によれば、キャパシタ２２Ａおよびキャパシタ２２Ｂの充放電を利用して電池２５へ蓄電を行うことで、電池２５の充放電の頻度を減らすこともできるので、電池２５の寿命を延ばすこともできる。これにより、本実施形態によれば、煩雑に発進と停車を繰り返す車両、例えば、市内路線を走行するバスやタクシー、地下鉄、鉄道車両等に適用することで、回生エネルギーを有効に活用することができる。

［第２実施形態］
　第１実施形態および第１実施形態の変形例では、キャパシタ２２と電池２５が直列に接続されている例を説明したが、本実施形態では、キャパシタと電池２５が並列に接続されている例を説明する。
　図４は、本実施形態に係るハイブリッド車両１Ｂの構成を概念的に示す図である。ハイブリッド車両１または１Ａと同様の機能を有する機能部については、同じ符号を用いて説明を省略する。図４に示すように、ハイブリッド車両１Ｂは、エンジン１０（動力源）、歯車１１、車輪１２、モータ１３（動力源）、ジェネレータ１４（動力源）、および充放電装置２０Ｂを備える。なお、本実施形態において、エネルギー回生システムは、少なくともモータ１３、充放電装置２０Ｂを含む。

　充放電装置２０Ｂは、ＰＣＵ２１Ｂ、キャパシタ２２、ダイオード２３、スイッチ２４、電池２５、昇圧回路２６、ダイオード２７、およびスイッチ２８を備える。
　ＰＣＵ２１Ｂには、キャパシタ２２の一端と、ダイオード２３の入力端（アノード）と、電池２５の一端（例えば、正極側）と、スイッチ２８の出力端子ｄが接続されている。

　キャパシタ２２は、一端がダイオード２３の一端（アノード）とＰＣＵ２１Ｂに接続され、他端が昇圧回路２６の入力端に接続されている。

　ダイオード２３は、他端（カソード）がスイッチ２４の入力端子に接続されている。
　スイッチ２４は、出力端子ａが電池２５の他端（例えば、負極側）とスイッチ２８の出力端子ｃに接続され、出力端子ｂが接地され、制御端子がＰＣＵ２１Ｂに接続されている。
　電池２５は、一端がスイッチ２８の出力端子ｄとＰＣＵ２１Ｂに接続されている。

　昇圧回路２６は、他端がダイオード２７の一端（アノード）に接続されている。
　ダイオード２７は、他端（カソード）がスイッチ２８の入力端子に接続されている。
　スイッチ２８は、出力端子ｃが電池２５の他端とスイッチ２４の出力端子ａに接続され、出力端子ｄが電池２５の一端とＰＣＵ２１Ｂに接続され、制御端子がＰＣＵ２１Ｂに接続されている。

　充放電装置２０Ｂは、モータ１３の減速時に発生する電気エネルギーをキャパシタ２２と電池２５に蓄電（充電）するように制御する。また、充放電装置２０Ｂは、蓄電した電気エネルギーをハイブリッド車両１Ｂの走行時、モータ１３に供給する。

　ＰＣＵ２１Ｂは、ジェネレータ１４が発電した電力、キャパシタ２２が蓄電している電力、および電池２５が蓄電している電力のうち少なくとも１つから供給された直流電力を交流電力に変換してモータ１３に供給する。また、ＰＣＵ２１Ｂは、モータ１３の減速時、モータ１３によって発電された交流電力を直流電力に変換してキャパシタ２２および電池２５に供給する。また、ＰＣＵ２１Ｂは、モータ１３の減速時と停止時において、スイッチ２４とスイッチ２８を切り替えて、キャパシタ２２と電池２５の両方への蓄電と、キャパシタ２２から電池２５への蓄電を制御する。また、ＰＣＵ２１Ｂは、ジェネレータ１４から供給された電力をキャパシタ２２と電池２５に蓄電するように制御する。

　キャパシタ２２は、例えば、リチウムイオンキャパシタである。キャパシタ２２は、回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電し、蓄電した電気エネルギーを昇圧回路２６とダイオード２７とスイッチ２８を介して、電池２５およびモータ１３に供給する電力供給源として機能する。
　ダイオード２３とダイオード２７は、電池２５に蓄電された電力がキャパシタ２２に逆流することを防ぐ働きをする。

　スイッチ２４は、ＰＣＵ２１Ｂの制御に応じて、モータ１３の減速時にダイオード２３の出力端を出力端子ａ側に接続するように切り替わり、停止時にダイオード２３の出力端を出力端子ｂ側に接続するように切り替わる。

　電池２５は、例えば、リチウムイオンバッテリーである。また、電池２５は、複数のリチウムイオンバッテリーのセルと直列に接続されてもよい。
　昇圧回路２６は、キャパシタ２２に蓄電された電圧を昇圧し、昇圧した電力をダイオード２７とスイッチ２８を介して、電池２５またはＰＣＵ２１Ｂに供給する。

　スイッチ２８は、機械式のスイッチ、またはスイッチング素子である。スイッチ２８は、ＰＣＵ２１Ｂの制御に応じて、モータ１３の減速時にダイオード２７の出力端を出力端子ｄ側に接続するように切り替わり、停止時にダイオード２７の出力端を出力端子ｃ側に接続するように切り替わる。

　また、図４において、鎖線ｃｇ１は、モータ１３の減速時のキャパシタ２２と電池２５への蓄電経路のイメージを表し、鎖線ｃｇ２は、停止時のキャパシタ２２から電池２５への蓄電経路のイメージを表している。

　次に、充放電装置２０Ｂの動作例を、図４を参照しつつ説明する。
　図５は、本実施形態に係る充放電装置２０Ｂの動作例を示す図である。図５において、横軸は時刻を表し、縦軸は蓄電量またはスイッチの状態を表している。波形ｇ１は、回生エネルギーの変化を表し、波形ｇ１２は、キャパシタ２２の蓄電量の変化を表し、波形ｇ１３は、電池２５の蓄電量の変化を表す。また、波形ｇ１４は、スイッチ２４の状態を表し、波形ｇ１５は、スイッチ２８の状態を表している。

　時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の期間、減速が行われる。波形ｇ１１に示すように、モータ１３によって、回生エネルギーが発生する。なお、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の期間は、例えば、５秒間である。そして、図４の鎖線ｃｇ１に示すように、ＰＣＵ２１Ｂは、キャパシタ２２と電池２５に回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電するように制御する。
　この結果、波形ｇ１２と波形ｇ１３に示すように、キャパシタ２２および電池２５それぞれの蓄電量が増加する。また、ＰＣＵ２１Ｂは、波形ｇ１４に示すように、スイッチ２４が出力端子ａに接続するように制御し、波形ｇ１５に示すように、スイッチ２８が出力端子ｄに接続するように制御する。

　時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の停止時、図４の鎖線ｃｇ２に示すように、ＰＣＵ２１Ｂは、キャパシタ２２に蓄電されている電力を、電池２５に蓄電するように制御する。この結果、波形ｇ１２と波形ｇ１３に示すように、キャパシタ２２に蓄電されている電力が減少し、電池２５に蓄電される電力が増加する。また、ＰＣＵ２１Ｂは、波形ｇ１４に示すように、スイッチ２４が出力端子ｂに接続するように制御し、波形ｇ１５に示すように、スイッチ２８が出力端子ｃに接続するように制御する。なお、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間は、ハイブリッド車両１Ｂが停止している期間、例えば、ハイブリッド車両１Ｂが信号待ちしている期間等である。なお、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間は、後述するように、例えば、約２１．３［秒］である。

　このように、本実施形態のエネルギー回生システム（充放電装置２０Ｂ、モータ１３）では、キャパシタ２２と電池２５が並列に接続され、モータ１３の減速時に両方に蓄電が行われ、停止時にキャパシタ２２の電力が昇圧回路２６によって昇圧され電池２５に蓄電される。このようにキャパシタ２２と電池２５を並列に接続することで、回生エネルギーで得られる電気エネルギーが不安定であり電圧や電流が変動する場合であっても、この変動分をキャパシタ２２で吸収することで、変動による電池２５の劣化を防ぐ効果も得られる。そして、並列に接続することで、モータ１３の減速時に発生する回生エネルギーを有効に電池２５に蓄電することができる。

　また、本実施形態では、回生エネルギー発生時にキャパシタ２２と電池２５に充電させ、その後にキャパシタ２２に蓄電されたエネルギーを電池２５へ蓄電するので、回生エネルギーのほぼ全てを電池２５へ移すことができる。これにより、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、回生エネルギーをキャパシタ２２と電池２５にほぼ１００％蓄電することができるので、従来技術と比較して回生エネルギーを効率よく蓄電することができる。

　ここで、本実施形態によって蓄電可能な電気エネルギーの一例を説明する。
　車両の重量ｍ、時速ｖ、停止するときに発生する運動エネルギーＭ、車両が停止するのに必要な時間の条件は、第１実施形態と同様とすると、発電量Ｐは、５６．８［ｋＷ］である。また、第１実施形態と同様に、電池２５への蓄電を、１秒当たり１０．８［ｋＪ］とする。

　並列に接続されているキャパシタ２２と電池２５に蓄電する場合、減速動作の期間に電池２５に蓄電されるエネルギーは５４，０００［Ｊ］（＝１０．８［ｋＪ］×５［秒］）であり、キャパシタ２２に蓄電されるエネルギーは２３０，０００［Ｊ］（＝２８４，０００－５４，０００）である。この結果、キャパシタ２２の重量は、約３．５５［ｋｇ］（＝２３０，０００÷（１８×３，６００））である。従って、本実施形態におけるキャパシタ２２と電池２５の合計重量は、１４．３５［ｋｇ］（＝１０．８＋３．５５）である。

　前述したように、従来技術において、５秒間に発生する回生エネルギーを全て電池へ蓄電するには、重量が５６．８［ｋｇ］の電池が必要であった。一方、本実施形態によれば、キャパシタ２２と電池２５の重量の合計は、１４．３５［ｋｇ］（＝１０．８＋３．５５）である。このように、本実施形態によれば、従来技術と比較して、エネルギー回生システムを小型化することができる。
　また、第１実施形態におけるキャパシタ２２と電池２５の合計重量は、前述したように１５．２８［ｋｇ］（＝１０．８＋４．３８）、第１実施形態の変形例におけるキャパシタ２２Ａとキャパシタ２２Ｂと電池２５の合計重量は、前述したように１４．６８［ｋｇ］（＝１０．８＋３．８８）である。従って、本実施形態によれば、第１実施形態および第１実施形態の変形例と比較して、さらにエネルギー回生システムを小型化することができる。

　第１実施形態において、電池２５の蓄電に要する時間は、前述したように約２６．３［秒］（モータ１３が減速して電池２５が蓄電するまでに要する時間は約３１．３［秒］（＝５＋２６．３））である。また、第１実施形態の変形例において、電池２５の蓄電に要する時間（＝モータ１３が減速して電池２５が蓄電するまでに要する時間）は、前述したように約２７．３［秒］（＝５＋２２．３）である。一方、本実施形態において、電池２５の蓄電に要する時間は、前述したように約２１．３［秒］（モータ１３が減速して電池２５が蓄電するまでに要する時間は約２６．３［秒］（＝５＋２１．３））である。
　このように、本実施形態によれば、第１実施形態および第１実施形態の変形例と比較して、さらに蓄電時間を短くすることができる。

　なお、本実施形態では、キャパシタ２２が１つの例を説明したが、これに限られない。
　ダイオード２３の入力端と昇圧回路２６の入力端との間に接続されるキャパシタ２２の数は２つ以上であってもよい。例えば、ダイオード２３の入力端と昇圧回路２６の入力端との間に複数のキャパシタが直列または並列に接続されていてもよい。なお、これら複数のキャパシタには、同時に回生エネルギーが蓄電される。また、ＰＣＵ２１Ｂは、キャパシタ２２に蓄電した電力を電池２５へ移動させずに、例えば、短時間で大電圧が必要な場合にモータ１３の駆動に直接用いるように制御してもよい。このような場合、ＰＣＵ２１Ｂは、例えば、スイッチ２４を出力端子ｂに接続させ、スイッチ２８を出力端子ｄに接続させる。このように、スイッチ２４とスイッチ２８は、短時間で大電圧が必要な場合に用いられる短時間モータ駆動回路でもある。

　以上のように、本実施形態の充放電装置２０Ｂは、電池２５と、キャパシタ２２と、モータ１３と、制御部（ＰＣＵ２１Ｂ、スイッチ２４、スイッチ２８）と、を備える。電池とキャパシタは並列接続され、制御部は、キャパシタにモータによって発生する回生エネルギーを、電池とキャパシタとに同時に蓄電し、キャパシタに蓄電された電荷を電池への電力供給と前記モータへ電力供給とを切り替えるように制御する。

　従来技術では、電池２５の出力密度が小さいため、モータ１３の減速時に発生する回生エネルギーのうち、約１９％程度しか回収することができなかった。一方、本実施形態によれば、回生エネルギーが発生している期間、並列に接続されているキャパシタ２２と電池２５に蓄電した後、例えば、停止時にキャパシタ２２が蓄電した電力を電池２５に蓄電するようにした。これにより、本実施形態によれば、従来技術と比較して、回生エネルギーを効率的（ほぼ１００％）に回収できる。また、本実施形態によれば、ハイブリッド車両１Ｂを短時間で再スタートさせる場合等に、キャパシタ２２が蓄電した電力を昇圧回路２６で昇圧した電力をモータ１３に供給することができる。これにより、本実施形態によれば、キャパシタ２２が回生エネルギーを効率よく蓄電した電力を用いてハイブリッド車両１Ｂを短時間で再スタートさせることができる。

　また、本実施形態によれば、従来技術、第１実施形態、および第１実施形態の変形例と比較して、エネルギー回生システムを小型化することができる。
　さらに、本実施形態によれば、第１実施形態、および第１実施形態の変形例と比較して、電池２５の蓄電時間を短くすることができる。

　また、本実施形態によれば、キャパシタ２２の充放電を利用して電池２５へ蓄電を行うことで、電池２５の充放電の頻度を減らすこともできるので、第１実施形態と同様に、電池２５の寿命を延ばすこともできる。これにより、本実施形態によれば、煩雑に発進と停車を繰り返す車両、例えば、市内路線を走行するバスやタクシー、地下鉄、鉄道車両等に適用することで、回生エネルギーを有効に活用することができる。

　ここで、回生エネルギーによる電気エネルギーを蓄電するために必要なキャパシタ２２の容量の例を説明する。
　ハイブリッド車両１（または１Ａ、１Ｂ）が、時速６０［ｋｍ／ｈ］（＝１６．６６［ｋｍ／ｓ］）で走行しているとする。また、電池２５の電圧値が２００［Ｖ］、最大充電電流値が２２［Ａ］であるとする。ハイブリッド車両１（または１Ａ、１Ｂ）の減速時の加速度（減速度）と必要なキャパシタ２２の容量は、図６のような関係で表される。図６は、減速度と必要なキャパシタの容量の関係の例を示す図である。図６において、横軸は減速度［ｍ／ｓ^２］を表し、縦軸は必要なキャパシタの容量［Ｗｈ］を表す。図６に示すように、減速度が５［ｍ／ｓ^２］のときに必要なキャパシタ２２の容量は、約５３［Ｗｈ］である。ここで、キャパシタ２２のエネルギー密度を１８［Ｗｈ／ｋｇ］であるとすると、キャパシタ２２の重量は２．９４（＝５３÷１８）［ｋｇ］である。キャパシタ２２の容量を５３［Ｗｈ］に選択することで、上述したこの条件の場合には、ほぼ１００％、回生エネルギーを回収することができる。

　以上、本発明について説明したが、本発明のエネルギー回生システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。

　なお、本発明におけるエネルギー回生システムのＰＣＵ２１、２１Ａ、２１Ｂの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりキャパシタ２２（２２Ａ、２２Ｂ）、電池２５への充放電の制御等を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

　また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１、１Ａ、１Ｂ…ハイブリッド車両、１０…エンジン、１１…歯車、１２…車輪、１３…モータ、１４…ジェネレータ、２０、２０Ａ、２０Ｂ…充放電装置、２１、２１Ａ、２１Ｂ…ＰＣＵ、２２、２２Ａ、２２Ｂ…キャパシタ、２３…ダイオード、２４、２１Ａ…スイッチ、２５…電池、２６…昇圧回路、２７…ダイオード、２８…スイッチ、２９Ａ…第１ＡのＳＷ、３０Ａ…第２ＡのＳＷ、２９Ｂ…第１ＢのＳＷ、３０Ｂ…第２ＢのＳＷ

Claims

　電池と、
　複数のキャパシタと、
　動力源と、
　制御部と、
　を備え、
　前記電池と前記キャパシタは直列接続され、
　前記複数のキャパシタは並列に接続され、
　前記制御部は、並列に接続されている前記複数のキャパシタの接続を切り替えて前記動力源によって発生する回生エネルギーの充放電を交互に繰り返すように制御し、前記回生エネルギーが発生している期間と前記動力源が停止している期間に、複数の前記キャパシタに蓄電された電力を前記電池へ蓄積させるように制御し、
　複数の前記キャパシタの総容量は、前記回生エネルギーが発生している期間における想定される前記動力源の最大の減速度によって得られる前記回生エネルギーを全て蓄積可能な容量であり、
　複数の前記キャパシタは、リチウムイオンキャパシタである、エネルギー回生システム。
　前記制御部は、前記複数のキャパシタのうち第１のキャパシタに前記回生エネルギーを充電しているとき、前記複数のキャパシタのうち第２のキャパシタが蓄電している前記回生エネルギーによる電力を前記電池へ蓄電するように制御する、請求項１に記載のエネルギー回生システム。
　前記制御部は、前記回生エネルギーが発生している期間、並列に接続されている前記複数のキャパシタの接続を切り替えて前記動力源によって発生する回生エネルギーの充放電を交互に繰り返すように制御し、前記回生エネルギーの発生が終了した後、前記複数のキャパシタが蓄電した前記回生エネルギーによる電力を前記電池へ蓄電するように制御する、請求項１または請求項２に記載のエネルギー回生システム。
　電池と、キャパシタと、動力源と、制御部と、を備え、
　前記電池と前記キャパシタは並列接続され、
　前記制御部は、前記キャパシタに前記動力源によって発生する回生エネルギーを、前記電池と前記キャパシタとに同時に蓄電し、前記キャパシタに蓄電された電荷を前記電池への電力供給と前記動力源へ電力供給とを切り替えるように制御し、前記回生エネルギーが発生している期間と前記動力源が停止している期間に、前記キャパシタに蓄電された電力を前記電池へ蓄積させるように制御し、
　前記キャパシタの容量は、前記回生エネルギーが発生している期間における想定される前記動力源の最大の減速度によって得られる前記回生エネルギーを全て蓄積可能な容量であり、
　前記キャパシタは、リチウムイオンキャパシタである、エネルギー回生システム。