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JP4633960B2 - 自動車用蓄電システム - Google Patents

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JP4633960B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、エネルギー効率の向上を目的とした12V自動車、42V自動車、電気自動車或いはハイブリット自動車など自動車に使用される電気二重層キャパシタからなる自動車用蓄電システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の自動車用蓄電デバイスとして、12V車には鉛バッテリー自動車、ハイブリット自動車にはニッケル・水素蓄電池が搭載されている。前者では、充電状態がほぼ100%でエンジン始動と停止中の軽負荷にのみ放電し、後者では充電状態が50%±30%で放電・発電機からの充電・回生充電の制御が為されている。
【0003】
従来の蓄電デバイスの内、鉛蓄電池は充電状態が低くなっていくに従って、可逆性の悪い硫酸鉛の粗大結晶が生成され、内部抵抗を上昇させる原因となって、回生充電を行うシステムには不向きであり、たとえ使用したとしても非常に短寿命である。
【0004】
また、従来の蓄電デバイスは何れも水溶液系の蓄電池を使用しており、これらの蓄電池は充電状態が50%を超えると電極活物質の充電反応と水電解、さらに、正極から発生した酸素ガスの再結合反応が同時に起こり、充電効率が低下していく問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
<イ>本発明は、エンジン始動による放電、発電機からの充電、また、ブレーキングによる回生充電など、自動車の充放電に適した蓄電システムを提供することにある。
<ロ>また、本発明は、寿命の長い自動車用蓄電システムを提供することにある。
【0006】
【問題を解決するための手段】
本発明は、エンジン始動による放電、発電機からの充電、又はブレーキングによる回生充電が行われる電源を備えた自動車用蓄電システムにおいて、電源は一対の高表面積材料を有する電極構造体の間にイオン導電性物質を配置し、電極構造体中の高表面積材料とイオン導電性物質の電解質との間で電気二重層が形成される電気二重層キャパシタセルからなるモジュールを複数個直列に接続してなるキャパシタ組電池であり、キャパシタ組電池の充電状態が所定範囲内に入るように充放電制御が行われ、所定範囲の下限はエンジン始動に必要な最低状態とし、所定範囲の上限はキャパシタ組電池の定格電圧を超えない状態とし、キャパシタ組電池の充電状態が、前記所定範囲の下限以下になると、エンジン始動以外の放電を中止し、キャパシタ組電池のモジュール間に設けたバイパス回路で以て、充電状態の高い1モジュール又は複数モジュールを充電遮断して全モジュールの充電状態が均等になるように制御し、該制御は、キャパシタ組電池の各モジュールの充電状態が最も高いモジュールの充電状態と、その他のモジュールの充電状態の平均値との差が規定範囲を超えた時、前記その他のモジュールを充電可能状態とし、前記差が規定範囲以下の場合、前記全モジュールを充電可能状態とすることを特徴とする、自動車用蓄電システム、又は、前記自動車用蓄電システムにおいて、前記キャパシタ組電池への充電方法を制御するための第1の値と、該第1の値よりも低い第2の値と、を設け、ブレーキング時には、キャパシタ組電池の充電状態が第1の値を超える場合、全ての充電を中止し、前記充電状態が第1の値以下の場合、発電機による充電を中止して回生充電を行い、非ブレーキング時には、キャパシタ組電池の充電状態が第2の値を超える場合、全ての充電を中止し、前記充電状態が第2の値以下の場合、発電機による充電を行うことを特徴とする、自動車用蓄電システム、又は前記自動車用蓄電システムにおいて、前記規定範囲を10%、前記第1の値を99%、前記第2の値を90%に設定してあることを特徴とする、自動車用蓄電システムにある。
【0007】
詳細には、本発明は、課題を解決するため、車両用の蓄電デバイスとして電気二重層キャパシタを用いる。活性炭を主体とする分極性電極と有機電解液を用いた電気二重層キャパシタは、電解液の理論分解電圧を3V以上とすることが可能であることと、充放電に対して二次電池のような化学反応を利用するデバイスとは異なり、イオンの吸着・脱着によって蓄電・放電を行うので、可逆性が非常に良いことが知られている。また、イオン脱着による放電機構は種種の化学反応に比べて反応速度が非常に早いので、大電流放電に対して反応抵抗による電圧降下が非常に良く、エンジン始動に適している。また、1,000m/g以上の比表面積の大きな活性炭を主体とした電極を用いることで蓄電される電気容量も車載用として十分適用できる。
【0008】
有機電解液などのイオン導電性物質を用いた電気二重層キャパシタセルは、イオン吸着に応じた電圧と副反応として挙げられる電解質が分解する電圧の差が、水系の電池などの場合と比べて大きく、そのために、定格電圧での充電状態(100%の充電状態)程度であっても充放電に対する効率(充放電電気量の割合)が高いことを利用して、所定範囲の充電状態、即ち、定格電圧での充電状態程度(例えば99%の僅かに低い安全性を考慮した充電状態)からエンジン始動に必要な充電状態(例えば50%の充電状態)で使用する(電気二重層キャパシタセルの電圧は充電状態と直線的に変化するため)。
【0009】
このような特徴を有する電気二重層キャパシタセルを用いて、エンジン始動に必要な電気量の(エンジン始動に消費される電気量の)分だけ並列に接続し、並列に接続されたものを、充電状態が満杯でなくても(例えば、50%の充電状態であっても)エンジンの始動が可能な個数を直列に接続して組電池を構成する。
【0010】
この組電池に対して、組電池全体の端子電圧或いは個々の電気二重層キャパシタセル電圧を検出して充電状態が例えば90%以上に達したら、発電機からの充電不可の信号を発し、その充電を遮断し、さらに、90%から所定複数回数の回生充電により達する充電状態(100%の充電状態を超えない安全性を考慮した充電状態)、例えば99%以上に達したらブレーキングの回生充電不可の信号を発し、その充電を遮断する。また、充電状態が50%〜90%の任意の充電状態以下に達したらエンジン始動以外の負荷への放電不可の信号を発してそれらの放電を遮断する。このような充放電システムを構成する。
【0011】
上記のように直列に接続されたキャパシタモジュール間に、そのモジュールをバイパスできるスイッチを設け、充電時のある1つのモジュールの充電状態が発電機からの充電時には90%に、ブレーキングによる回生充電時には99%に達したときにそのモジュールをバイパスするスイッチを切り替えてそのモジュールへの充電を遮断するような制御を行う。
【0012】
上記のように直列に接続されたキャパシタモジュール間に、そのモジュールをバイパスできるスイッチを設け、充電時の複数のモジュールの充電状態が発電機からの充電時には90%に、ブレーキングによる回生充電時には99%に達したときにそのモジュールをバイパスするスイッチを切り替えてそのモジュールへの充電を遮断するような制御を行う。
【0013】
エンジンスタータ以外の負荷の放電時に必要な電圧になるような回路を設け、そのような負荷の電力をこの回路から取り出し、上記放電制御、また、上記充電制御を行いながらモジュール間のばらつきを均等に保つような充放電システムを構成する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【0015】
<イ>自動車用蓄電システム
自動車用蓄電システムは、12V自動車、42V自動車、電気自動車或いはハイブリット自動車など自動車用の蓄電システムであり、電気二重層キャパシタセル(以下、セルと言う)を組み合わせて得られたキャパシタ組電池1を備え、少なくとも、発電機からの充電、ブレーキングによる回生充電、エンジン始動による放電、又は、それ以外の放電などの充放電を行うことができる。即ち、キャパシタ組電池1は、1種類の充放電でも、複数の種類の充放電でも行うことができる。
【0016】
<ロ>キャパシタ組電池
キャパシタ組電池1は、セルを並列や直列に接続して組み合わせて構成され、例えば、図1のように、複数のセル11を並列に接続してモジュール12を作り、複数のモジュール12(C〜C17)を直列に接続して構成される。この構成により、自動車用の電源として必要な条件、例えば、エンジン始動やその他の電気装置に対する電圧や電流の条件、又、発電機からの充電やブレーキングによる回生充電の条件などを満たすことができる。
【0017】
<ハ>電気二重層キャパシタセル
セル11は、一対の電極構造体の間にイオン導電性物質を配置してなり、電極構造体中の高表面積材料とイオン導電性物質の電解質との間で電気二重層が形成されるものである。高表面積材料は、多くのイオンを表面に引きつけることができる粉状高表面積材料であり、特に炭素材料を水蒸気賦活処理法、溶融KOH賦活処理法などにより賦活化した活性炭素が好適である。活性炭素としては、例えばやしがら系活性炭、フェノール系活性炭、石油コークス系活性炭、ポリアセンなどが挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることが出きる。中でも、大きな静電容量を実現する上でフェノール系活性炭、石油コークス系活性炭、ポリアセンが好ましい
【0018】
<ニ>42V系の車両用のキャパシタ組電池の構成
42V系の車両用の組み電池について、一例として、定格電圧を2.5V、その電圧で蓄電できる電気量が2,000mAh(静電容量は2,880F)、内部抵抗が1.0mΩであるセルを用いて構成する場合、エンジン始動に要する電気量が70mAh(突入500Aでエンジン始動まで1.0secかかるものとした)とし、その約60倍の4,000mAhとなるように2セル分を並列に接続する。更に、それを17或いは18だけ直列に接続して42V系の車両用の組み電池とする。その際、直列接続したセル数をnとして、充電状態100%時の電気量を2,880×42.0/n(mAh)とした。
【0019】
また、個々のモジュール(Ci)の充電状態とモジュールの電圧V(V)が直線的に変化するものとして、充放電時の電流値をI(A)(充電I>0、放電I<0)であったときの充電状態SOCi,t(t:ある時刻)(%)を式1で表す。
【0020】
【式1】
Figure 0004633960
【0021】
同様に、キャパシタ組電池全体の充電状態Qを式2で表す。
【0022】
【式2】
Figure 0004633960
【0023】
自動車用蓄電システムは、図1のように2セル11を並列に接続したキャパシタモジュール12(C〜C17)を直列に接続して、キャパシタ組電池1を構成し、これを発電機A、回生による充電器B、エンジンスターターD、およびエンジンスターターD以外の負荷E、更に、切替スイッチSおよびS、A接点スイッチSおよび切替スイッチSで構成する。
【0024】
<ホ>キャパシタ組電池の充放電制御
キャパシタ組電池の充放電制御について、図2に従って説明する。車輌が停止状態の場合、全てのスイッチS〜SがOFFとなっている(T1)。エンジンスタートに先立ち、スイッチSをON(その瞬間には切替スイッチS、SはOFF側)にして、エンジンスタータ以外の負荷(イグニッション)をONにする(T2)。ここで、個々のモジュール(C)の電圧V(V)、或いはキャパシタ組電池1の端子電圧ΣVi(V)、および、そのとき流れている電流値I(A)(充電I>0、放電I<0)を測定し、キャパシタ組電池1のある時刻tの充電状態SOCを求める。SOCが50%以下ならば(T3)、切替スイッチSをOFF側にし(T4)、SOCが50%以上ならば(T3)、切替スイッチSをON側にする。その際、エンジンスタートが為されない場合であっても、SOCが50%以下ならば切替スイッチSをOFF側にSOCが50%以上ならば切替スイッチSをON側にする。
【0025】
エンジンスタートを行い(T5)、その後、A接点スイッチSおよび切替スイッチSをOFF(エンジンスタート後には発電機Sから電気が供給される)にし、切替スイッチSをONにして充電状態に切り替える(T6)。ブレーキングが為されていない場合(T7)であって、充電状態が90%以上なら(T9)、切替スイッチSをOFF側にし発電機からの充電が行われないようにする(T11)。充電状態が90%以上でない場合(T9)、切替スイッチSをON側にし発電機からの充電を行い、切替スイッチSをOFF側にし、キャパシタへの回生充電を遮断する(T9)。ブレーキングが為された場合(T7)であって、充電状態が99%以上でない場合(T8)、切替スイッチSをOFF側に、切替スイッチSをON側にしてキャパシタ組電池1に回生充電を行う(T12)。充電状態が99%以上になったら(T8)、切替スイッチSをOFF側にし、キャパシタへの回生充電を遮断する。エンジンが停止すると(T14)、ステップT1の状態になり、エンジンが停止状態にない(T14)場合、ステップT7に飛び、ブレーキングの判定に戻る。このような制御のもとでキャパシタ組電池1を42V自動車に適用する。以上の構成を取り制御を行うことにより、キャパシタ組電池1に過剰な充電が行われることを防止でき、キャパシタ組電池1の寿命を高めることができる。
【0026】
<ヘ>各モジュールの充電状態のばらつきを除く手続き
図3のように切替スイッチS〜S17を用いてキャパシタモジュール12間にバイパス回路13を設けてキャパシタ組電池1を構成し、この組電池の充放電制御について、図4に従って説明する。なお、図4図2のステップと共通するステップは説明を省略し、図4の破線内の追加部分(I)について説明する。
【0027】
図3の回路構成において、エンジンスタート後の充電時には、放電時に測定した各モジュールの電圧V(V)、現在バイパスされているモジュールCを認識し、各モジュールに流れている電流I(A)をI=0(A)、C以外のモジュールに流れている電流C=I(A)を定める。ある時刻tにおける各モジュールの充電状態SOCi,t(%)を式3として算出する。
【0028】
【式3】
Figure 0004633960
【0029】
仮にCのモジュールが最大であったときCの充電状態SOCk,tと、C以外のモジュールの充電状態の平均値AMと、それらの差をΔSOCk,tとし、SOCk,tを式4に示し、C以外のモジュールの充電状態の平均値AMを式5に示し、充電状態SOCk,tと平均値AMとの差ΔSOCk,tを式6に示す(この場合、nはモジュールの個数で17である)。
【0030】
【式4】
Figure 0004633960
【0031】
【式5】
Figure 0004633960
【0032】
【式6】
Figure 0004633960
【0033】
ステップT1〜T6で充電状態の切り替え後、各モジュール12の充電状態の最大値とそれ以外のモジュール12の充電状態の平均値との差ΔSOCk,tが10%以上になったとき(T21)、そのモジュール12をバイパスする切替スイッチSをOFF側に、それ以外の切替スイッチSをON側にし(T22)、モジュールC以外のモジュールを充電可能状態にする。もし、差ΔSOCk,tが10%以上になっていないとき(T21)、そのモジュールをバイパスする全ての切替スイッチSをON側にし(T23)、全てのモジュールCを充電可能状態にする。その上で、エンジンスタート後の充電時には、ステップT7〜T14で充電制御が行われる。エンジンが停止状態にない場合、ステップT21に飛び、充電制御が繰り返される。
【0034】
なお、T21において、最大のモジュールのSOCk,tとAMとの差ΔSOCk,tを求める代わりに、各モジュールのSOCi,tと全てのモジュールの平均値Σ(SOCi,t)/nとの差ΔSOCi,tを求めて、10%との大小比較を行い、次のステップT22、T23に進んでも良い。また、T21において、差ΔSOCk,tを求める代わりに、各モジュールの中で最大SOCk,tのモジュールを求め、最大のモジュールCのスイッチSをOFFにし、それ以外のモジュールのスイッチをONにし(T22)、次のステップT7に進んで、簡単な処理をとっても良い。
【0035】
以上の構成を取り制御を行うことにより、各モジュールに均等な充電が行われるようにして、充放電制御を的確に行うことができ、また、キャパシタ組電池1の寿命を高めることができる。上記説明では、差ΔSOCk,t(所定差)を10%の値としたが、モジュール相互の充電状態を均一にできればよく、自動車の種類、キャパシタ組電池の種類や、電池構成などにより、適宜、その値を選択することができる。
【0036】
<ト>モジュール間からの電源端子の取り出し
図5のように電圧Vで稼動する負荷EVlおよび電圧V(V)で稼動する負荷EVmをそれぞれスイッチSTおよびSTを用いてキャパシタと回路を構成した。このとき、Vが5(V)となるようにスイッチSTのキャパシタ側はSに、Vmが12.5V(V)となるようにスイッチSTのキャパシタ側はSに接続し、キャパシタ組電池1を構成する。このように、モジュール間からの電源端子(引出線)を取り出すことにより、DC−DCコンバーターを用いることなく、必要な電圧を得ることができる。
【0037】
この図5のキャパシタ組電池の充放電制御について、図6に従って説明する。
なお、図2と図4のステップと共通するステップは説明を省略し、図6の破線内の追加部分(II)について説明する。ステップT31において、エンジンスタータ以外の負荷(イグニッション)がONのとき、スイッチS、STおよびSTをONにする。次に、エンジンスタート前のイグニッションがONの場合とエンジン停止時などの放電時に何れかのキャパシタモジュールCiの充電状態SOCi,tが50%以上での場合(T32)、スイッチS、STおよびSTをONの状態にし(T33)、充電状態SOCi,tが50%未満の場合(T32)、スイッチS、STおよびSTをOFFの状態にし(T34)、次のステップT6に進む。
【0038】
<チ>充電効率の実験
従来の鉛蓄電池、Ni−MH電池、及び、本発明のキャパシタ組電池の各電池の充電効率を実験するために、充電状態(SOC)0(%)の状態から、約1時間率の電流でそれぞれのもつ容量の50(%)、60(%)、70(%)、80(%)、90(%)、100(%)、110(%)、および120(%)の電気量分だけ充電し、約1時間率の電流で放電した。
【0039】
その結果を図7に示す。図7の横軸は、25±5℃の雰囲気において、放電容量のそれぞれのもつ容量に対する100分率で充電状態を示し、縦軸は、放電量の充電量に対する100分率で充電効率を示している。図7から明らかなように、鉛蓄電池、Ni−MH電池に比べてキャパシタ組電池は充電効率が良く、効果がある。特に、充電状態が大きくなるに従って、キャパシタ組電池の充電効率は、他の蓄電池と比して良くなっている。
【0040】
<リ>キャパシタ組電池の各セルのばらつきの実験
42Vに合わせて作成した鉛蓄電池、Ni−MH電池、およびバイパス回路のないキャパシタ組電池、バイパス回路を設けたキャパシタ組電池について、充放電サイクルの実験を行った。1/100時間率1.0secの放電と1時間率の放電60.0secと1時間率の充電160.0secの充放電を1サイクルとして、1,000サイクル毎に各セルを約1時間率で放電することで、各セルの充電状態のうちの最大値とそのセルを除くセルの充電状態の平均値の差から充電状態のばらつきΔSOCを求めた。その後、各セルに対して放電量と同じ電気量分だけ約1時間率で充電した上で、充放電サイクルを継続した。
【0041】
その結果を図8に示す。サイクルに対する充電状態のばらつきΔSOCは図8のようになり、鉛蓄電池、Ni−MH電池よりもバイパス回路のないキャパシタ組電池、それ以上にバイパス回路を設けたキャパシタ組電池の充電状態のばらつきが小さくなり、キャパシタ組電池の特性が優れていることを示しており、更に、バイパス回路を設けることにより、より高い効果が得られることを示している。
【0042】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を得ることができる。
<イ>本発明は、エンジン始動による放電、発電機からの充電、また、ブレーキングによる回生充電など、自動車の充放電に適した蓄電システムを得ることができる。
<ロ>また、本発明は、寿命の長い自動車用蓄電システムを得ることができる。
<ハ>また、本発明は、キャパシタ組電池のモジュールの充電状態のばらつきのない自動車用蓄電システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】キャパシタ組電池を備えた自動車用蓄電システムの説明図
【図2】自動車用蓄電システムの充電制御を説明する流れ図
【図3】バイパス回路を備えたキャパシタ組電池の構成図
【図4】モジュールの充電状態のばらつきを軽減する流れ図
【図5】モジュール間から電源端子を取り出したキャパシタ組電池の構成図
【図6】モジュール間から電源端子を取り出したキャパシタ組電池の充電制御を説明する流れ図
【図7】鉛蓄電池、Ni−MH電池、及びキャパシタ組電池の充電効率を示す実験のグラフの図
【図8】鉛蓄電池、Ni−MH電池、及びキャパシタ組電池のモジュール間の充電状態のばらつきを示す実験のグラフの図
【符号の説明】
1・・・キャパシタ組電池
11・・電気二重層キャパシタセル
12・・モジュールC〜C17
13・・バイパス回路
A・・・発電機
B・・・回生充電による充電器
D・・・エンジンスターター
E・・・エンジンスターター以外の負荷
・・・発電機の切替スイッチ
・・・回生充電による充電器の切替スイッチ
・・・エンジンスターターのA接点スイッチ
・・・エンジンスターター以外の負の切替スイッチ
V1・・エンジンスターター以外のV負荷
Vm・・エンジンスターター以外のV負荷
ST・・エンジンスターター以外のV負荷の切替スイッチ
ST・・エンジンスターター以外のV負荷の切替スイッチ

Claims (3)

  1. エンジン始動による放電、発電機からの充電、又はブレーキングによる回生充電が行われる電源を備えた自動車用蓄電システムにおいて、
    電源は一対の高表面積材料を有する電極構造体の間にイオン導電性物質を配置し、電極構造体中の高表面積材料とイオン導電性物質の電解質との間で電気二重層が形成される電気二重層キャパシタセルからなるモジュールを複数個直列に接続してなるキャパシタ組電池であり、
    キャパシタ組電池の充電状態が所定範囲内に入るように充放電制御が行われ、
    所定範囲の下限はエンジン始動に必要な最低状態とし、
    所定範囲の上限はキャパシタ組電池の定格電圧を超えない状態とし、
    キャパシタ組電池の充電状態が、前記所定範囲の下限以下になると、エンジン始動以外の放電を中止し、
    キャパシタ組電池のモジュール間に設けたバイパス回路で以て、充電状態の高い1モジュール又は複数モジュールを充電遮断して全モジュールの充電状態が均等になるように制御し、該制御は、キャパシタ組電池の各モジュールの充電状態が最も高いモジュールの充電状態と、その他のモジュールの充電状態の平均値との差が規定範囲を超えた時、前記その他のモジュールを充電可能状態とし、前記差が規定範囲以下の場合、前記全モジュールを充電可能状態とする、
    ことを特徴とする、自動車用蓄電システム。
  2. 請求項1に記載の自動車用蓄電システムにおいて、
    前記キャパシタ組電池への充電方法を制御するための第1の値と、該第1の値よりも低い第2の値と、を設け、
    ブレーキング時には、
    キャパシタ組電池の充電状態が第1の値を超える場合、全ての充電を中止し、前記充電状態が第1の値以下の場合、発電機による充電を中止して回生充電を行い、
    非ブレーキング時には、
    キャパシタ組電池の充電状態が第2の値を超える場合、全ての充電を中止し、前記充電状態が第2の値以下の場合、発電機による充電を行う
    ことを特徴とする、自動車用蓄電システム。
  3. 請求項2に記載の自動車用蓄電システムにおいて、前記規定範囲を10%、前記第1の値を99%、前記第2の値を90%に設定してあることを特徴とする、自動車用蓄電システム。
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DE60221067T DE60221067T2 (de) 2001-05-10 2002-05-10 Kondensatorsystem für Kraftfahrzeug
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Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050083020A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-21 Baarman David W. Electrostatic charge storage assembly
JP2004320872A (ja) * 2003-04-15 2004-11-11 Isuzu Motors Ltd 車両用電源装置
DE10349072B3 (de) * 2003-10-14 2005-02-03 Msa Auer Gmbh Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung für an einen Baugruppenträger angeschlossene Elektronikmodule
EP1641099A1 (en) * 2004-09-24 2006-03-29 Conception et Développement Michelin S.A. Detachable charge control circuit for balancing the voltage of supercapacitors connected in series
TWI246099B (en) * 2004-12-07 2005-12-21 Luxon Energy Devices Corp Power supply apparatus and power supply method
DE102005000979A1 (de) * 2005-01-07 2006-07-20 Siemens Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zum geschützten Betrieb von Doppelschichtkondensatoren
JP5040065B2 (ja) * 2005-03-29 2012-10-03 トヨタ自動車株式会社 バッテリ充放電制御装置
JP2006312352A (ja) 2005-05-06 2006-11-16 Toyota Motor Corp 駆動システムの制御装置
JP2007014072A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Toyota Motor Corp 駆動システムの制御装置
FR2923656B1 (fr) * 2007-11-13 2011-05-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Perfectionnement au domaine des elements de stockage d'energie
EP2294673A1 (en) * 2008-07-09 2011-03-16 Access Business Group International LLC Wireless charging system
US8164206B2 (en) * 2009-03-26 2012-04-24 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for engine start control
CN101895155B (zh) * 2010-06-11 2012-10-31 哈尔滨工程大学 具有故障检测和自动重组功能的储能装置及重组方法
CA2822864A1 (en) 2010-12-22 2012-06-28 Converteam Technology Ltd. Capacitor balancing circuit and control method for an electronic device such as a multilevel power inverter
US9444361B2 (en) 2010-12-22 2016-09-13 GE Power Conversion Technology, Ltd. Mechanical arrangement of a multilevel power converter circuit
FR2972029B1 (fr) * 2011-02-25 2015-06-19 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif d'inhibition d'une commande d'arret/redemarrage automatique d'un moteur thermique
DE102011108231A1 (de) * 2011-04-12 2012-10-18 Audi Ag Energiespeicheranordung
ITTO20110769A1 (it) * 2011-08-12 2013-02-13 Magneti Marelli Spa Dispositivo e metodo di scarica per un condensatore in un impianto elettrico di potenza di un veicolo con trazione elettrica
JPWO2013027337A1 (ja) * 2011-08-24 2015-03-05 パナソニック株式会社 車両用電源装置
US9543786B2 (en) * 2013-10-28 2017-01-10 V5 Systems, Inc. Portable power system
KR102331588B1 (ko) 2014-05-12 2021-11-30 캐패시터 사이언시스 인코포레이티드 에너지 저장 디바이스 및 이의 생산 방법
US10347423B2 (en) 2014-05-12 2019-07-09 Capacitor Sciences Incorporated Solid multilayer structure as semiproduct for meta-capacitor
US20170301477A1 (en) 2016-04-04 2017-10-19 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
US10340082B2 (en) 2015-05-12 2019-07-02 Capacitor Sciences Incorporated Capacitor and method of production thereof
US9916931B2 (en) 2014-11-04 2018-03-13 Capacitor Science Incorporated Energy storage devices and methods of production thereof
US9932358B2 (en) 2015-05-21 2018-04-03 Capacitor Science Incorporated Energy storage molecular material, crystal dielectric layer and capacitor
US9941051B2 (en) 2015-06-26 2018-04-10 Capactor Sciences Incorporated Coiled capacitor
US10026553B2 (en) 2015-10-21 2018-07-17 Capacitor Sciences Incorporated Organic compound, crystal dielectric layer and capacitor
WO2017139677A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Capacitor Sciences Incorporated Electric vehicle powered by capacitive energy storage modules
US10305295B2 (en) 2016-02-12 2019-05-28 Capacitor Sciences Incorporated Energy storage cell, capacitive energy storage module, and capacitive energy storage system
US9915239B2 (en) * 2016-03-22 2018-03-13 Ford Global Technologies, Llc Vehicle start-stop system
US10153087B2 (en) 2016-04-04 2018-12-11 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
US9978517B2 (en) 2016-04-04 2018-05-22 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
DE102016212211B4 (de) 2016-07-05 2019-02-21 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschlusserkennung
US10395841B2 (en) 2016-12-02 2019-08-27 Capacitor Sciences Incorporated Multilayered electrode and film energy storage device
JP7124619B2 (ja) * 2018-10-04 2022-08-24 トヨタ自動車株式会社 エンジンの始動装置およびエンジンの始動方法
DE102019126449A1 (de) * 2019-10-01 2021-04-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Maschinenanlasser und Maschinenanlassverfahren

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61285155A (ja) * 1985-06-13 1986-12-15 Nissan Motor Co Ltd 車両用負荷制御装置
JPS63265527A (ja) * 1987-02-18 1988-11-02 Hino Motors Ltd 二次電池の充電制御方法
JPH04322105A (ja) * 1991-04-19 1992-11-12 Toyota Motor Corp 回生エネルギー吸収装置
JPH1094182A (ja) * 1996-09-13 1998-04-10 Honda Motor Co Ltd 電源装置および電気自動車
JPH10233348A (ja) * 1996-12-20 1998-09-02 Asahi Glass Co Ltd 電気二重層キャパシタおよびその組セル電源装置
JPH11257122A (ja) * 1998-03-17 1999-09-21 Honda Motor Co Ltd 車両のエンジン自動停止・始動制御装置
JP2000050412A (ja) * 1998-07-24 2000-02-18 Mazda Motor Corp ハイブリッド自動車
JP2000152419A (ja) * 1998-11-17 2000-05-30 Toyota Motor Corp 電動車両用電源制御装置
JP2000152495A (ja) * 1998-11-16 2000-05-30 Okamura Kenkyusho:Kk 直列切り換え式キャパシタ電源装置
JP2000324710A (ja) * 1999-05-17 2000-11-24 Okamura Kenkyusho:Kk 直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4313080A (en) * 1978-05-22 1982-01-26 Battery Development Corporation Method of charge control for vehicle hybrid drive batteries
US4638407A (en) * 1985-05-20 1987-01-20 Lundsgaard Jorgen S Solid state electrochemical device
IT1251206B (it) * 1991-09-18 1995-05-04 Magneti Marelli Spa Impianto elettrico di un autoveicolo, comprendente almeno un supercondensatore.
DE19505431B4 (de) * 1995-02-17 2010-04-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge mit einer Mehrzahl von leistungsumsetzenden Komponenten
US6306509B2 (en) * 1996-03-21 2001-10-23 Showa Denko K.K. Ion conductive laminate and production method and use thereof
JP3216082B2 (ja) * 1997-09-17 2001-10-09 本田技研工業株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
US5869950A (en) * 1997-10-30 1999-02-09 Lockheed Martin Corp. Method for equalizing the voltage of traction battery modules of a hybrid electric vehicle
JP2000354334A (ja) * 1999-06-09 2000-12-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 組電池の充電方法
EP1205022A4 (en) * 1999-06-11 2004-07-14 Pri Automation Inc ULTRA-CAPACITOR POWER SUPPLY FOR AN ELECTRIC VEHICLE.
JP2003102132A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Nisshinbo Ind Inc 蓄電電源装置及びその充電制御方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61285155A (ja) * 1985-06-13 1986-12-15 Nissan Motor Co Ltd 車両用負荷制御装置
JPS63265527A (ja) * 1987-02-18 1988-11-02 Hino Motors Ltd 二次電池の充電制御方法
JPH04322105A (ja) * 1991-04-19 1992-11-12 Toyota Motor Corp 回生エネルギー吸収装置
JPH1094182A (ja) * 1996-09-13 1998-04-10 Honda Motor Co Ltd 電源装置および電気自動車
JPH10233348A (ja) * 1996-12-20 1998-09-02 Asahi Glass Co Ltd 電気二重層キャパシタおよびその組セル電源装置
JPH11257122A (ja) * 1998-03-17 1999-09-21 Honda Motor Co Ltd 車両のエンジン自動停止・始動制御装置
JP2000050412A (ja) * 1998-07-24 2000-02-18 Mazda Motor Corp ハイブリッド自動車
JP2000152495A (ja) * 1998-11-16 2000-05-30 Okamura Kenkyusho:Kk 直列切り換え式キャパシタ電源装置
JP2000152419A (ja) * 1998-11-17 2000-05-30 Toyota Motor Corp 電動車両用電源制御装置
JP2000324710A (ja) * 1999-05-17 2000-11-24 Okamura Kenkyusho:Kk 直並列切り換え型キャパシタ蓄電装置

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