CN109196752B - 蓄电系统、车辆以及机械设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备二次电池和快速充放电蓄电装置的蓄电系统，其特征在于：二次电池的功率密度低于7000W/kg，快速充放电蓄电装置的功率密度为7000W/kg以上。此外，优选快速充放电蓄电装置的功率密度为9000W/kg以上。此外，优选二次电池的能量密度为30Wh/kg以上。

Description

蓄电系统、车辆以及机械设备
技术领域
本发明的实施方式涉及蓄电系统及使用其的车辆、电子设备以及机械设备。
背景技术
从削减CO2及节能的观点出发，在开发搭载有由发动机(汽油发动机、柴油发动机等)和电机组合而成的混合动力系统的汽车。此外，还在进行只由电机驱动的电动汽车及燃料汽车的开发。
电机靠电运转。一直在寻求这些由电机驱动的汽车如何有效地利用电。由电机驱动的汽车中搭载有储电的蓄电系统。在汽车加速时，通过由蓄电系统供给的电驱动电机。此外，在汽车制动时(减速时)使电机作为发电机发挥功能，将产生的再生能量充电给蓄电系统。
在国际公开号WO2008/007626号公报(专利文献1)中，示出了将电池(二次电池)和电容器组合而成的蓄电系统。电容器与二次电池相比可快速放电及快速充电。通过使用电容器，防止了二次电池的劣化。另一方面，电容器的性能为功率密度4000W/kg左右。例如，在国际公开号WO2001/093289号公报(专利文献2)中，使用将碳材料和铜组合而成的电极材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/007626号公报
专利文献2：国际公开第2001/093289号公报
专利文献3：国际公开第2016/039157号公报
发明内容
发明要解决的问题
所谓再生能量，是回收并蓄积制动时的能量，进行再利用。可将制动时即减速时的能量变成电能进行蓄电。以往的电容器的功率密度为4000W/kg左右。蓄电系统有必要为汽车的减速时的瞬时的高输出功率作准备。但是，对于以往的电容器的性能，不一定能与瞬时的高输出功率对应。为应对这样的课题，而提供能与减速时的瞬时的高输出功率对应的蓄电系统。
用于解决问题的手段
实施方式涉及的蓄电系统具备二次电池和快速充放电蓄电装置。在蓄电系统中，二次电池的功率密度低于7000W/kg，快速充放电蓄电装置的功率密度为7000W/kg以上。通过组合功率密度高的快速充放电蓄电装置和功率密度低的二次电池，能够形成可与瞬时的高输出功率对应的蓄电系统。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的蓄电系统的一个例子的图。
图2是表示实施方式涉及的蓄电系统的另一个例子的图。
图3是表示快速充放电蓄电装置的一个例子的图。
图4是表示实施方式涉及的蓄电系统的一个例子在汽车中的实施形态的概略图。
图5是表示实施方式涉及的蓄电系统的一个例子在电车中的实施形态的概略图。
图6是表示实施方式涉及的蓄电系统的一个例子在医疗设备中的实施形态的电路图。
图7是表示实施方式涉及的蓄电系统的一个例子在电梯中的实施形态的概略图。
图8是表示实施方式涉及的蓄电系统的一个例子在机器人中的实施形态的概略图。
具体实施方式
实施方式涉及的蓄电系统是具备二次电池和快速充放电蓄电装置的蓄电系统，其特征在于：二次电池的功率密度低于7000W/kg，快速充放电蓄电装置的功率密度为7000W/kg以上。
图1中示出蓄电系统的一个例子。图中1为蓄电系统，2为二次电池，3为快速充放电蓄电装置。
蓄电系统1中，以并联的方式连接二次电池2和快速充放电蓄电装置3。作为二次电池2，可列举能充电及放电的电池。作为这样的电池，可列举Li离子二次电池、镍氢电池、铅蓄电池、燃料电池等。二次电池2的功率密度低于7000W/kg。此外，快速充放电蓄电装置的功率密度为7000W/kg以上。此外，快速充放电蓄电装置的功率密度优选为9000W/kg以上。
功率密度表示每1kg(公斤)有多少输出功率，是表示蓄电装置的瞬时的供电量的值。功率密度越大，表示瞬时的供电量越大。
此外，功率密度不仅以单位重量的输出功率来表现，也可以以单位体积的输出功率来表现。例如，可替代上述的每1kg的输出功率，而以每1L(升)的输出功率表示功率密度。以1L表示体积单位的单位体积的功率密度表示每1L可得到多少输出功率。
优选快速充放电蓄电装置的功率密度为7000W/kg以上，且为10000W/L以上。在此种情况下，能与快速充放电蓄电装置进而蓄电系统的轻量化及小型化都对应。
有关快速充放电蓄电装置的功率密度，例如可按以下求出。
由下式(1)可求出有关快速充放电蓄电装置的单电池的以重量表示的功率密度，即重量功率密度P(W/kg)。
数式1
P(W/kg)＝(V1 2-V2 2)/4RM (1)
这里，V1为放电开始电压(V)，V2为放电结束电压(V)，R为内部电阻(Ω)，M为单电池重量(kg)。
由下式(2)可求出有关快速充放电蓄电装置的单电池的以体积表示的功率密度，即体积功率密度P(W/L)。
数式2
P(W/L)＝(V1 2-V2 2)/4RV (2)
这里，V1为放电开始电压(V)，V2为放电结束电压(V)，R为内部电阻(Ω)，V为单电池体积(L)。
在蓄电装置例如为后述那样的在电极层中含有氧化钨的快速充放电蓄电装置时，放电开始电压V1及放电结束电压V2可设定为以下的值。放电开始电压V1设定为2.5V。放电结束电压V2设定为1.5V。这里所说的放电开始电压V1及放电结束电压V2，例如可相当于蓄电装置未达到过充电或过放电而能够安全地充放电的电压范围的上限值及下限值，可分别与蓄电装置的叠层电池的充电状态(SOC：State of Charge)为100％时的单电池电压及为0％时的单电池电压对应。
内部电阻R可按以下测定。首先，将作为测定对象的蓄电装置例如叠层电池的SOC调整至50％。以该叠层电池为对象，用交流阻抗法测定1kHz(振幅10mV)时的串联电阻，将得到的值作为内部电阻R。
单电池重量M可通过测定测定对象即叠层电池的重量(包括外包装容器等)来得到。单电池体积V可通过测定叠层电池中的叠层电极部分(不包括外包装容器等)的尺寸，从纵向的长度、横向的宽度及厚度来算出(V＝纵×横×厚)。
在使用性能不充分的蓄电装置的情况下，为了补充各个蓄电装置的性能，例如能以串联的方式电连接多个蓄电装置。此时，作为全体即使得到充分的性能，由于蓄电装置的个数增多，所以综合的重量及体积增大。也就是说，虽然通过并用多个蓄电装置可提高综合的输出(功率)，但单位重量及体积的输出功率(功率密度)仍低。
实施方式的蓄电系统中的快速充放电蓄电装置功率密度高，例如即使在单一的单电池的状态也可示出充分的输出功率。此外，在将多个快速充放电蓄电装置的单电池例如以串联的方式电连接时，可将综合的重量及体积的增加抑制得比较低，并且可得到高的输出功率。即，快速充放电蓄电装置的重量功率密度例如按每个单电池计为7000W/kg以上。此外，在以串联的方式连接多个单电池时，综合的重量功率密度也可为7000W/kg以上。同样，快速充放电蓄电装置的体积功率密度例如按每个单电池计为10000W/L以上，以串联的方式连接多个单电池时，综合的体积功率密度也可为10000W/L以上。
作为具体例子，例如在将1个单电池的功率密度为13000W/kg、1个单电池的重量为0.09kg的快速充放电蓄电装置以串联的方式连接12个时，综合的功率(W)为14040(W)。可按功率(W)＝功率密度(W/kg)×重量(kg)×串联数来求出。或者，也可按功率(W)＝功率密度(W/L)×体积(L)×串联数来求出。
实施方式的蓄电系统是将功率密度低于7000W/kg的二次电池和7000W/kg以上的快速充放电蓄电装置组合而成的。由于采用功率密度高的快速充放电蓄电装置，所以与二次电池相比可先通过快速充放电蓄电装置进行充放电。因此，可供给瞬时的电力。
此外，优选二次电池的能量密度为30Wh/kg以上。能量密度是表示二次电池的容量的值。是将容量大的二次电池和瞬时发力高的蓄电装置组合而成的蓄电系统。这样的蓄电系统可通过快速充放电蓄电装置进行快速充放电。因此，能够减小二次电池的充放电的次数。由此，可防止二次电池的劣化。
功率密度及能量密度的值因二次电池的种类而不同，以下列举典型的例子。
典型的锂离子二次电池的功率密度例如可为2400W/kg(大约3730W/L)左右。典型的锂离子二次电池的能量密度例如可为120Wh/kg(大约190Wh/L)左右。
典型的铅电池的功率密度例如可为100W/kg左右。典型的铅电池的能量密度例如可为30Wh/kg左右。
典型的镍氢电池的功率密度例如可为300W/kg左右。典型的镍氢电池的能量密度例如可为40Wh/kg左右。
再者，双电层电容器(EDLC：Electric Double Layer Capacitor)那样的典型的电容器的功率密度例如可为6700W/kg左右。典型的电容器的能量密度例如可为大约4Wh/kg左右。
此外，在将二次电池的单电池和快速充放电蓄电装置的单电池的重量的合计重量设定为蓄电系统的单电池的重量时，优选蓄电系统的能量密度(Wh/kg)/蓄电系统的单电池的重量(kg)的比为1以上。相对于蓄电系统的单电池的重量，能量密度高表示相对于容量达到轻量化。
换句话讲，在将蓄电系统的能量密度表示为ES，将蓄电系统中的二次电池的单电池和快速充放电蓄电装置的单电池的合计重量表示为WS时，优选蓄电系统的能量密度ES(Wh/kg)和蓄电系统的单电池的重量Ws(kg)的比ES/WS、即蓄电系统中总能量密度相对于单电池的总重量为1以上。这样的优选的蓄电系统满足ES/WS≥1的关系。
此外，通过使用功率密度高的快速充放电蓄电装置，还可使蓄电系统小型化、轻量化。蓄电系统的小型化、轻量化在搭载在后述的车辆等中时还具有改善车辆的油耗的效果。此外，如后述在将车辆的再生能量充电时，即使以25km/h以上的速度也可进行蓄电。
此外，如图2所示的那样，也可以将二次电池或快速充放电蓄电装置中的任1种或2种连接多个。图2中，为第一二次电池2-1、第二二次电池2-2、第一快速充放电蓄电装置3-1、第二快速充放电蓄电装置3-2。将第一二次电池2-1和第二二次电池2-2以串联的方式连接。此外，将第一快速充放电蓄电装置3-1和第二快速充放电蓄电装置3-2以串联的方式连接。将二次电池彼此以串联的方式连接，将快速充放电蓄电装置彼此以串联的方式连接。将二次电池组和快速充放电蓄电装置组以并联的方式连接。由此能够增大蓄电系统的容量。
图2中示出在二次电池组中以串联的方式电连接两个二次电池(2-1及2-2)的例子。可是，在二次电池组中，也可以以串联的方式连接3个以上的二次电池。或者，在二次电池组中，也可以以组合串联连接和并联连接的方式电连接3个以上的二次电池。
另一方面，在图2中的快速充放电蓄电装置组中，示出了将两个快速充放电蓄电装置(3-1及3-2)以串联的方式电连接的例子。可是，在快速充放电蓄电装置组中，也可以以串联的方式连接3个以上的快速充放电蓄电装置。或者，在快速充放电蓄电装置组中，也可以以组合串联连接和并联的方式电连接3个以上的快速充放电蓄电装置。
此外，二次电池2和快速充放电蓄电装置3的电连接的方式并不限定于并联连接。例如，在蓄电系统1搭载在汽车等车辆中时，可以串联的方式电连接二次电池2和快速充放电蓄电装置3(二次电池组和快速充放电蓄电装置组)。
汽车中使用交流发电机。详细内容后述，交流发电机所发的电能(再生能量)首先被储存在快速充放电蓄电装置中。然后，来自快速充放电蓄电装置的电经由DC-DC转换器等控制电路对以串联的方式与快速充放电蓄电装置电连接的二次电池进行充电。可充电给二次电池的电被供给到例如包括内装在汽车中的空调等电子设备的负载，可进行利用。
再者，与汽车的交流发电机连接的蓄电装置也可以与二次电池组和快速充放电蓄电装置组以并联的方式电连接。
此外，二次电池和快速充放电蓄电装置也可以是一体化的组合结构，也可以配置在分离的位置上。
二次电池和快速充放电蓄电装置也可以直接电连接，或者，也可以与上述例子同样地，例如经由DC-DC转换器等控制电路进行连接。
此外，作为控制电路，除了DC-DC转换器以外，还可列举开关元件、平均单电池电压控制、电流传感器等。此外，也可以根据需要设置CPU、温度传感器等。
此外，优选快速充放电蓄电装置在电极层具备氧化钨粉末。图3中示出快速充放电蓄电装置的单电池结构的一个例子。图中，4为负极侧电极，5为正极侧电极，6为负极层，7为正极层，8为隔膜，9为电解液。
在负极侧电极4上设有负极层6。此外，在正极侧电极5上设有正极层7。负极层6和正极层7经由隔膜8相对地配置。此外，在负极层6与正极层7之间填充有电解液9。
优选负极层6或正极层7中的任一方具备氧化钨粉末。此外，氧化钨粉末优选活性化能Eα为0.05eV以下。此外，优选该粉末在常温(25℃)具有跳跃传导特性。此外，优选该粉末的氧空位量为1×1018cm-3以上。此外，优选该粉末的载流子密度为1×1018cm-3以上。此外，优选该粉末的平均粒径为50μm以下，更优选为10μm以下。此外，优选规定为平均粒径低于1μm的纳米粒子。这样的氧化钨粉末示于国际公开号WO2016/039157号公报(专利文献3)中。
该氧化钨粉末通过设置氧空位(oxygen vacancy)能够提高蓄电容量，提高充放电效率。此外，优选通过增加氧空位量，达到WO2.68～2.75的范围。
通过向氧化钨的晶体结构中导入氧空位，晶体结构中的Li离子的扩散路径增大。例如，具有以WO2.72表示的组成的氧化钨的晶体结构具有六角隧道，结晶中的Li离子的扩散快。因此Li离子传导性高，从而使充放电效率提高。此外，如后述那样，通过导入氧空位能够使含氧化钨的电极层的内部电阻下降。进而，能够降低快速充放电蓄电装置的内部电阻。
氧空位向氧化钨的晶体结构中的导入例如可通过在氮氢混合气氛中对氧化钨粉末实施处理来进行。
此外，正极侧电极5和负极侧电极4由导电材料形成。作为导电材料可列举铜、铝、钛、涂碳铝、涂碳铜及它们的合金。
此外，在负极层6中使用氧化钨粉末时，优选正极层7为锂复合氧化物。作为锂复合氧化物，优选钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、三元系材料(例如，LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)等。此外，在正极层7中使用氧化钨粉末时，优选负极层6为预掺杂了Li的石墨系材料或金属层。作为石墨系材料，可列举石墨、硬碳、碳纳米管、石墨烯、富勒烯。作为金属层可列举锂、硅、硅合金。这样与由氧化钨粉末形成的电极层相对地配置的电极层优选为Li单质或Li复合氧化物。它们的组合可高效地进行Li离子的移动。因此，能够提高功率密度及能量密度。
此外，在快速充放电蓄电装置的单电池的轻量化及小型化方面，优选降低含氧化钨粉末的电极层的内部电阻。具体地讲，优选通过降低电极层的内部电阻，使快速充放电蓄电装置的内部电阻在10Ω·cm2以下。
此外，通过降低内部电阻，蓄电时可降低单电池的发热量。由此，即使车辆的移动速度在25km/h以上，也能够将再生能量等电能安全地蓄电。
如果车辆的移动速度快，则再生能量为大电流。如果将大电流进行蓄电则单电池发热，出现安全上的问题。因此，以往，例如只在15km/h以下的低速区域将再生能量进行蓄电。实施方式涉及的快速充放电蓄电装置因降低内部电阻，而能够抑制单电池的发热量。由此，即使车辆的移动速度为25km/h以上，蓄电时的安全性也高。
蓄电装置中的内部电阻例如可按以下那样使其降低。例如，通过向氧化钨的晶体结构中导入氧空位，能够降低电极层的内部电阻。
此外，还可列举在氧化钨粉末中混合导电材料的方法。此外，在由氧化钨粉末形成的电极层与负极侧电极或正极侧电极之间设置导电材料也是有效的。作为导电材料可列举碳粉末。通过一起使用氧化钨粉末和导电材料可降低电极层的内部电阻。内部电阻的降低关系到功率密度的提高。在将氧化钨粉末的重量设定为A(g)、将导电材料(碳粉末)的重量设定为B(g)时，优选为0.01≤B/A≤0.3的范围。在低于0.01时添加导电材料的效果小。此外，如果超过0.3则因氧化钨粉末的比例减小而使容量下降。此外，在将氧化钨粉末的平均粒径设定为C(μm)、将导电材料的平均粒径设定为D(μm)时，优选为C＞D。通过减小导电材料的粒径，因进入氧化钨粉末彼此的间隙中而容易降低内部电阻。
作为与氧化钨混合的导电材料及设在电极层与负极侧电极或正极侧电极之间的导电材料，更具体地讲，例如可使用乙炔黑、科琴黑、石墨等这样的导电助剂。例如，通过混合粒子状的导电助剂和氧化钨粉末，降低了电极层中的粒子间的接触电阻，其结果是可抑制内部电阻。
此外，在电极层与负极侧电极或正极侧电极之间设置导电材料时，例如通过在作为负极侧电极或正极侧电极的金属箔或合金箔上形成碳层等导电层，可提高导电性，同时提高电极层和箔的密合性。
导电层的形成方法并不局限于如下方法，但例如也能够按以下方式形成导电层。将含有导电材料的涂层材料涂布在箔的表面上。通过使涂布的涂层材料干燥，可得到导电层。再者，在作为导电材料使用含碳材料的涂层材料，在铝箔上形成碳层时，可制作涂碳铝。
作为降低内部电阻的另一方法，可列举通过实施加压处理来增大电极密度的方法。作为一个例子，以下对负极层含有氧化钨粉末的情况进行说明。
首先，在负极侧电极上形成负极层(氧化钨层)。负极层除氧化钨粉末以外也可以含有导电材料(导电助剂)。此外，负极侧电极也可以含有导电层。
对形成的负极层进行加压处理。此时，加压前的电极密度、例如为1.8g/cm3的负极层的密度在加压后例如可增加至3.6g/cm3左右。加压后的电极密度优选为2.2g/cm3以上，更优选为3.0g/cm3以上。此外，优选对作为对电极的正极(不含氧化钨)也实施加压处理。
在以上的例子中，对使用了含氧化钨的负极层的情况进行了说明，但具备含氧化钨的正极层的蓄电系统也同样能够通过加压使正极层的密度增加。
关于加压处理中的加压压力，对于负极侧及正极侧中的任一者，都优选设定为300kg/cm以上。由此，能使负极层及正极层的电极密度都在2.2g/cm3以上。
也可以对降低内部电阻的这些方法进行组合。例如，能够将具有氧空位的氧化钨与涂敷有碳层的金属箔组合。
此外，正极层7及负极层6的厚度优选在1μm以上且100μm以下的范围。此外，优选由氧化钨粉末形成的正极层7或负极层6的空隙率在20％以上且80％以下的范围。在膜厚低于1μm时，因氧化钨粉末量小而使容量下降。另一方面，如果厚至超过100μm，则有电解液难进入到内部的顾虑。此外，如果空隙率高至超过80％，则因氧化钨粉末量减小而使容量下降。此外，如果空隙率低于20％，则有电解液难进入到内部的顾虑。
对于正极层7及负极层6中的任一个电极层，如果电解液不进入到内部，则氧化钨粉末及其以外的电极材料与电解液的接触面积下降。其结果是，正极与负极间的Li离子的移动效率下降，因此蓄电装置的功率密度可降低。
在如上所述那样通过加压处理来增加电极密度时，优选按空隙率停留在20％以上且80％以下的范围来提高电极密度。
此外，优选隔膜由多孔质的聚乙烯、聚丙烯形成，厚度为5μm以上且50μm以下，防止由负极电极和正极电极导致的短路。此外，电解液含有Li盐形式的LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3作为电解质，作为非水溶剂优选为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁内酯(γ-BL)、戊内酯(VL)及它们的混合溶剂。
关于正极和负极相对的面积多者，由于在它们的电极间能高效地移动Li离子的区域增多，所以在提高功率密度方面优选。正极和负极的对置面积例如可通过扩大各个电极的面积、且配置较多的彼此重合部分来增大。此外，通过使用多个正极和多个负极，构筑例如多层叠层型的叠层电池，能够综合地增大正极和负极的对置面积。
通过适当地组合上述设计，能够使快速充放电蓄电装置的功率密度在7000W/kg以上。具体地讲，通过在电极层中使用氧化钨粉末，利用上述方法降低内部电阻，将电极层的厚度及空隙率规定在上述范围，且增大正极和负极对置的面积，能够得到显示高的功率密度的快速充放电蓄电装置。
以上那样的蓄电系统可进行快速充放电。此外，由于能够优先使用功率密度高的快速充放电蓄电装置，所以能够减少二次电池的使用次数。其结果是，能够延长二次电池的寿命。此外，通过使用功率密度为7000W/kg以上的快速充放电蓄电装置，还能够实现蓄电系统的小型化、轻量化。
优选将这样的蓄电系统用于车辆、电子设备、机械设备。
车辆可列举汽车、电气化铁路车辆等。汽车可列举混合动力汽车、电动汽车等用电机驱动的汽车。此外，汽车并不特别限定于家用车、公共汽车、起重机车、卡车等。
用电机驱动的车辆对减速时的能量进行回收、蓄积，然后再利用。将减速时的能量称为再生能量。将该再生能量蓄电到快速充放电蓄电装置中。再生能量在减速时即制动时产生。制动器为每次被踩踏的装置。由于采用功率密度7000W/kg以上的快速充放电蓄电装置，所以能够高效地回收瞬时产生的再生能量。此外，能够瞬时供给电机加速时所需的电。此外，再生能量产生于减速时。以前只在减速到15km/h以下时进行蓄电。通过采用功率密度7000W/kg以上的快速充放电蓄电装置，在车辆的移动速度为25km/h以上时也能将再生能量进行蓄电。因此点而使蓄电效率提高。此外，也能轻量化，因而涉及到燃料效率的提高。
此外，电子设备表示用电驱动的装置。例如，CT等医疗设备与最大电力相一致地确定合同供电量。对此，在通常的使用状况时，按最大电力的50％～80％的范围使用。通过采用实施方式涉及的蓄电系统，能够只在需要最大电力时从蓄电系统供给不足的电力。其结果是，能够降低合同供电量。由于使用功率密度高的快速充放电蓄电系统，所以即使瞬时需要最大电力也能充分供给。电子设备例如包括采用由蓄电系统弥补最大电力所缺的电力的方法的设备。
此外，机械设备是附有运转的设备的。作为机械设备，可列举选自电梯、起重机、机器人、机床中的一种。这些机械设备是具有由电机运转的设备的。例如，电梯附有使电梯笼上下升降的电机(提升机)。附有电机的电梯重复上升和下降。升降时可将再生能量蓄电。通过采用功率密度为7000W/kg以上的快速充放电蓄电装置，即使是微小的加速、减速也能蓄电。
以下参照附图对实施方式涉及的蓄电系统在车辆及机械设备中的具体例子的实施形态进行说明。
作为实施方式涉及的蓄电系统在车辆中的、更具体地讲在汽车中的实施形态的一个例子，图4示出了表示汽车的再生能量的回收的概略图。图中，2为二次电池、3为快速充放电蓄电装置、10为交流发电机、11为DC-DC转换器、12为负载、41为发动机、42为车轮。
交流发电机10是将发动机41的旋转的动能转换为电能的交流发电装置，担负能量再生。例如，即使在汽车的减速时，沿路面转动的车轮42的旋转经由车轴及差动齿轮等动力传递机构传递给发动机41，因而发动机41旋转。交流发电机10利用该旋转的能量进行发电。
由交流发电机10所发的电能暂时蓄电在快速充放电蓄电装置3中。然后，可从快速充放电蓄电装置3经由DC-DC转换器11向二次电池2中储存电。此外，可从二次电池2向负载12供电，进行利用。负载12例如包括汽车导航系统、空调、音频设备等这样的内装在汽车中的电子设备等。
通过作为用于负载12的电力使用储存在二次电池2中的电，例如即使减少混合动力车中的消耗燃料的发动机所发的电，也可充分地供给电。其结果是，能够降低燃料消耗。
将由交流发电机10发电、并向蓄电系统充电称为能量再生。也就是说，将汽车减速时的动能转换成电能，作为再生能量回收。
减速能量的回收量大大受到充电接受性的影响。也就是说，在从交流发电机将再生能量充电(蓄电)给电池、蓄电系统时，如果电池、蓄电系统的充电(蓄电)速度及容量不足，则再生能量的回收率可下降。例如，有时铅电池的充电接受性成为限制，不能高效率地回收交流发电机的发电电力。因此，一直在开展电容器的应用研究。可是，对于端子电压大致恒定的铅电池，电容器随着充电状态电压发生变化。因此，交流发电机需要与宽幅的电压对应。鉴于此，还在开发与12V-25V的电压对应的可变电压式交流发电机。通过采用该交流发电机，减速再生时可使电容器电压上升到最大25V进行发电，能够提高能量再生量。
根据交流发电机的输出功率及电压，电流量发生变化。例如，在假设蓄电系统的端子电压为24V时，如果来自交流发电机的输出功率为3kW，则蓄电系统以125A的电流进行蓄电(3kW＝24V×125A)，如果输出功率为5kW，则蓄电系统以208A的电流进行蓄电(5kW＝24V×208A)，如果输出功率为10kW，则蓄电系统以416A的电流进行蓄电(10kW＝24V×416A)。
如果从交流发电机流向蓄电系统的电流量过大，则单电池发热使温度上升，从而有损害安全性的顾虑。为了确保安全性，例如，可采用具备在温度上升时切入冷却机构的开关、或以不流动其以上的电流的方式进行中止的安全机构的控制电路。因冷却机构的运转消耗电力，因此优选电流量不会变得过大。例如，优选形成蓄电系统的充电接受性能够与交流发电机的输出功率相对应的设计。
二次电池2与快速充放电蓄电装置3相比具有大的容量。通过从快速充放电蓄电装置3经由DC-DC转换器11对二次电池2充电再生的电力，可在快速充放电蓄电装置3的容量中设置空额。这样一来，快速充放电蓄电装置3能够不剩余地回收汽车接下来减速时产生的再生能量。如果快速充放电蓄电装置3的容量没有充分的空额，则可回收的再生能量的量可变少。或者，有快速充放电蓄电装置3达到过充电状态，损害安全性的顾虑。
作为实施方式涉及的蓄电系统在车辆、更具体地讲在电车即铁路用车辆中的实施形态的一个例子，图5中示出表示电车的再生能量的回收的概略图。图中，50为电车，51为导电弓，52为车轮，1为蓄电系统，21为电压变换器，22为变换器，23为架线，31为线路。
电车50中，将导电弓51、电压变换器21、蓄电系统1、变换器22以及驱动车轮52的驱动电机(未图示)电连接。此外，导电弓51与配置在电车50的路线上的架线23接触。为了确保导电弓51和架线23的接触，导电弓51例如可为通过弹簧状的结构实现高度的变化者。
从架线23经由导电弓51向电车50内供给直流电。电压变换器21适宜转换直流电压，例如将1500V的直流转换为600V的直流，供给到变换器22及蓄电系统1。电压变换器21例如可为DC-DC转换器。变换器22将直流电转换为交流，供给驱动电机。可通过驱动电机的工作驱动车轮52，由此能够使电车50行驶。
供给到蓄电系统1的直流电例如被蓄电到含在蓄电系统1中的二次电池或二次电池组。此外，也可以替代二次电池，而将直流电流蓄电到含在蓄电系统1中的快速充放电蓄电装置或快速充放电蓄电装置组、或快速充放电蓄电装置(组)及二次电池(组)的双方。
在使电车50减速时，例如将向驱动电机的供电切断，实施制动。通过车轮52沿着线路31上转动而使驱动电机旋转，产生再生电力。变换器22将驱动电机所产生的再生电力转换为直流，供给蓄电系统1。将进行了直流转换并供给蓄电系统1的再生电力蓄电到快速充放电蓄电装置中。蓄电系统1通过蓄电再生电力，能够在减速时再生动能。
由于快速充放电蓄电装置的功率密度高，所以蓄电系统1的充电接受性高。例如，即使瞬时的再生电量高，快速充放电蓄电系统的温度上升也少。因此，在车站间重复到高的行驶速度的加速和从高的行驶速度的减速的电车50中，尽管减速时的再生电力可达到大电流，但蓄电系统1也能与大电流的输入对应。
通过能量再生而蓄电在快速充放电蓄电装置中的再生电力之后可充电到二次电池中。与上述的汽车的情况同样，通过使再生能量向容量更大的二次电池移动，在快速充放电蓄电装置中设置容量空额，能够更多地回收电车50接下来减速时的再生电力。为了在快速充放电蓄电装置中确保容量空额，优选将经由导电弓51供给的电力充电到蓄电系统1的二次电池中。
储存在蓄电系统1(快速充放电蓄电装置及/或二次电池)中的电力例如可用于在无架线23的区间使电车50行驶。此外，也能够作为其它的负载、例如照明及空调、电子显示面板等电车50内装的电子设备的电力，使用储存在蓄电系统1中的电力。
参照附图对机械设备中的蓄电系统的实施形态进行说明。再者，作为采用实施方式涉及的蓄电系统的机械设备，可列举包括驱动需要电源的电子设备及运转时需要电源的设备的机械设备。
作为实施方式涉及的蓄电系统在机械设备、更具体地讲在医疗设备中的实施形态的一个例子，图6示出表示X射线发生装置的电路图。图中，60为X射线发生装置，61为发电机(X射线发生器)，62为中央运算处理装置(CPU：Central Processing Unit)，1为蓄电系统，24为配电盘，R1为摄影室。
X射线发生装置60例如为X射线CT(Computed Tomography)装置所含的X射线照射装置。X射线CT装置例如可包含可通过有线或无线与X射线发生装置60进行信号的交换的X射线检测器。
CPU62控制X射线发生装置60的工作。例如，CPU62可对向X射线发生装置60的各部分的电力供给进行控制及管理。此外，CPU62可对包含与X射线发生装置60和X射线检测器的信号交换的X射线CT装置全体的工作进行控制及管理。
从配电盘24向蓄电系统1供给工频电力。工频电力被蓄电在蓄电系统1的快速充放电蓄电装置、二次电池或快速充放电蓄电装置和二次电池的双方中。此外，将工频电力的一部分供给CPU62，用于使CPU62工作。配电盘24例如可以是设置在具备X射线发生装置60的医疗设施等中的配电盘。
将储存在蓄电系统1中的电力供给发电机61。发电机61所需的电力量根据使用状况而不同，因此可通过CPU62对供给发电机61的供电量进行控制。例如，在为了摄影X射线图像而产生X射线时，发电机61消耗的电力可为5.5kWs(设定为使用输出功率为80kW的X射线发电机，50msec间消耗110kVA的情况)。另一方面，例如在摄影X射线图像后，在等到下次摄影之间的待机时间中，发电机61消耗的电力低。
在短期间内需要大量的电力时，例如在瞬时需要高输出功率的X射线发生时，可从快速充放电蓄电装置向发电机61供电。由于快速充放电蓄电装置的能量密度高，所以能够与瞬时的高输出功率对应。在耗电量小的待机时间中等，例如可从二次电池向发电机61供电。为了准备X射线图像的摄影时等的高输出功率，确保电力储存，优选只在需要高输出功率时利用储存在快速充放电蓄电装置中的电力。
X射线发生装置60例如在通过发电机61发生X射线时需要大量的电力(例如5.5kWs)，但是例如在待机中不需要大量的电力。也就是说，只在使发电机61工作时需要高的供电量。例如，待机中将从配电盘供给的工频电力蓄电到蓄电系统1的快速充放电蓄电装置中，在使发电机61工作时，能够瞬时取出储存在快速充放电蓄电装置中的电力进行利用。作为具体的例子，设定为使发电机61工作的电量为5.5kWs，每5秒钟使其工作1次进行摄影。只要在5秒钟的待机时间中向快速充放电蓄电装置供给1.1kW的电力并储存，就能够维持摄影瞬时的发电机61的工作。
这样，通过利用蓄电系统1，即使将平时从配电盘24供给的电力抑制在较低，也可向发电机61供给充分的电力。因此，即使在合同供电量不能满足X射线发生装置60的工作所需的最大电力时，也不会妨碍X射线发生装置60的工作。
X射线发生装置60的发电机61、CPU62和蓄电系统1如图示的那样可设置在医疗设施中的摄影室R1中。或者，CPU62及蓄电系统1的至少一方可设置在摄影室R1外。例如，CPU62及/或蓄电系统1可设置在与摄影室R1相邻的前室(未图示)中。此外，配电盘24也可以如图6所示的那样设置在摄影室R1外，或者也可以设置在摄影室R1内。
医疗设施可具备分别设置有发电机61的多个摄影室R1。多个摄影室R1也可以分别设置CPU62，或者，例如也可以一个CPU对所有摄影室中的工作进行统括管理。此外，多个摄影室R1也可以分别设置蓄电系统1，或者，例如也可以设计成一个蓄电系统1可向多个摄影室R1中的各个发电机61提供电力供给。
作为实施方式涉及的蓄电系统在电梯中的实施形态的一个例子，图7示出表示电梯运转的概略图。图中，70为电梯、71为电梯笼、72为平衡块、73为提升机、1为蓄电系统、25为工频电源、26为控制盘。
电梯笼71和平衡块72经由提升机73及滑车通过缆绳等进行连接。例如，通过提升机73向一方向拉缆绳，电梯笼71上升，同时平衡块72下降。通过提升机73向相反方向拉缆绳，电梯笼71下降，同时平衡块72上升。
控制盘26根据情况从工频电源25向提升机73供电。提升机73可利用供给的电力进行运转，使电梯笼71升降。此外，在蓄电系统1的二次电池或快速充放电蓄电装置中储存有电时，即充电残留时，控制盘26可替代从工频电源25而从二次电池或快速充放电蓄电装置向提升机73供电。控制盘26还可从工频电源25和蓄电系统1双方同时向提升机73供电。
平衡块72例如设计成在电梯笼71的乘客人数为规定人数的一半左右时与电梯笼71平衡。在包含乘客的电梯笼71的重量和平衡块72的重量大致相等的状态时，通过从工频电源25或蓄电系统1供给的电力，提升机73运转，可使电梯笼71升降。
电梯笼71中乘坐的人数多时，包括乘客的电梯笼71的重量可高于平衡块72的重量。此时，在使电梯笼71下降时可利用重力，伴随着电梯笼71的下降缆绳向电梯笼71侧拉。缆绳通过提升机73，由此提升机73旋转进行发电。也就是说，通过重力电梯笼71下降，由此产生再生电力。
另一方面，在电梯笼71中乘坐的人数少时，包含乘客的电梯笼71的重量可低于平衡块72的重量。在此种情况下，在使电梯笼71上升时能够利用相对于平衡块72的重力的作用，伴随着电梯笼71的上升向平衡块72侧拉缆绳。缆绳通过提升机73，由此使提升机73转动，进行发电。也就是说，通过重力平衡块72下降，由此产生再生电力。
无论在哪种情况下，提升机73所发的再生电力都经由控制盘26供给蓄电系统1的快速充放电蓄电装置。再生电力在暂时蓄电到快速充放电蓄电装置中后可供给二次电池。或者，可将蓄电在快速充放电蓄电装置中的再生电力作为使电梯笼71升降的电力而供给提升机73。与上述的车辆的例子同样，为了较多地维持可回收的再生电力的量，优选在快速充放电蓄电装置的容量中确保空额。通过使蓄电在快速充放电蓄电装置中的再生电力向二次电池或提升机73移动，能够确保快速充放电蓄电装置的空额容量。
储存在二次电池中的再生电力也可根据需要供给提升机73。通过用储存在快速充放电蓄电装置及二次电池中的再生电力来提供使提升机73运转的电力的一部分，能够削减来自工频电源25的工频电力的使用量。此外，通过使用大容量的二次电池作为含在蓄电系统1中的二次电池，即使在因停电等不能接收来自工频电源25的电力供给的情况下，也能使电梯70运转。
作为实施方式涉及的蓄电系统在机器人中的实施形态的一个例子，图8示出无人搬运车的概略图。图中，80为无人搬运车、81为充放电监视装置、82为充电器、1为蓄电系统、25为工频电源。
在对无人搬运车80进行充电时，从工频电源25经由充电器82向蓄电系统1供给工频电力。充电时，例如可通过设在无人搬运车80中的外部端子(未图示)电连接充电器82和蓄电系统1。
充放电监视装置81监视蓄电系统1的充电状态(SOC)。充放电监视装置81可监视蓄电系统1全体的充电状态。或者，充放电监视装置81可监视包含在蓄电系统1中的快速充放电蓄电装置的各单电池的充电状态以及包含在蓄电系统1中的二次电池的各单电池的充电状态。此外，还可监视被电连接的多个快速充放电蓄电装置全体的充电状态即快速充放电蓄电装置组的充电状态、以及被电连接的多个二次电池全体的充电状态即二次电池组的充电状态。
此外，充放电监视装置81监视蓄电系统1中的异常状态的有无。异常状态可包括例如快速充放电蓄电装置及二次电池的过充电、过放电、温度过度上升等。
充放电监视装置81例如在检测到蓄电系统1中的二次电池的充电状态低于规定值时，向未图示的控制系统发送信号。控制系统也可以装备在无人搬运车80中，或者，也可以装备在无人搬运车80的外部。信号可通过有线或无线发送给控制系统。
收到了二次电池的充电状态低于规定值的通信信号的控制系统可将充电的指示传达给无人搬运车。指示可通过有线或无线传达。收到指示的无人搬运车例如根据需要移动到可使充电器82和蓄电系统1电连接的规定的位置，开始充电。
充电时，可向蓄电系统1中包含的二次电池、快速充放电蓄电装置或二次电池和快速充放电蓄电装置的双方同时输入工频电力。基于以下的理由，优选在将二次电池充电后对快速充放电蓄电装置进行充电。
有时从工频电源25供给的电流量因不稳定而发生浪涌电流，向蓄电系统1供给大电流。例如，在充放电监视装置81或充电器82所包含的控制电路(未图示)检测到发生浪涌电流时，以向快速充放电蓄电装置输入电流的方式进行控制。快速充放电蓄电装置由于能量密度高、电力的接受性高，所以能够安全地与浪涌电流对应。例如，即使输入大的浪涌电流，也能抑制快速充放电蓄电装置的温度上升，因此难以发生由加热导致的无人搬运车80的部件的损伤等。在电流稳定后，将暂时储存在快速充放电蓄电装置中的电力充电给二次电池，腾空快速充放电蓄电装置的容量，由此可对再次的浪涌电流的发生进行处理。
充放电监视装置81在检测到例如蓄电系统1达到满充电状态时，向控制系统发送信号。蓄电系统1的满充电状态例如可为将二次电池满充电的状态、或将二次电池和快速充放电蓄电装置的双方满充的状态。控制系统根据情况，可向无人搬运车发送开始运转的指令。
通过在蓄电系统1中使用大容量的二次电池，能够减少需要充电的次数。通过减少充电次数，能够削减无人搬运车80向能够将充电器82和蓄电系统1电连接的位置来往的次数，能够改善操作效率，
如以上所述，搭载有实施方式涉及的蓄电系统的车辆、电子设备、机械设备能够将再生能量高效率地蓄电。此外，由于能够与瞬时的放电对应，所以与最大电力相比能够降低合同供电量。
(实施例)
(实施例1～5、比较例1)
按以下制作快速充放电蓄电装置。
·负极层的材料：氧化钨粉末WO2.72(粒径2μm)、导电助剂(粒径0.03μm的乙炔黑)、PVDF粘合剂
·正极层的材料：LiCoO2粉末(粒径5μm)、导电助剂(粒径0.03μm的乙炔黑)、PVDF粘合剂
·正极侧电极基材、负极侧电极基材：铝箔(厚度15μm)、或涂碳铝箔(厚度15μm)
·隔膜：聚丙烯(厚度25μm)
·电解液：EC/DEC(1/1vol％)1M LiPF6
使用上述材料，制作表1及2所示的试样1～3、5～6涉及的快速充放电蓄电装置。
再者，试样4设为已有的Li离子电容器。
表1
Figure BDA0001886620680000191
表2
Figure BDA0001886620680000201
在制作作为快速充放电蓄电装置的叠层电池时，以中间配置隔膜的方式交替层叠多个负极和多个正极。表1所示的对置电极总面积为负极和正极对置的部分的面积的合计。表1所示的其它的电极设计即电极层的厚度、密度、及空隙率、电极基材、以及氧化钨粉末的重量A与导电助剂的重量B的重量比B/A对于每个试样在负极和正极中一致。例如，对于试样1，负极层的厚度和正极层的厚度都设定为16μm。
在制作试样1、2、4的电极(负极及正极)时，没有实施加压。在制作试样3、5、6的电极(负极及正极)时，实施了加压，提高了电极密度。
再者，电极密度按以下进行测定。首先，在层叠的多个电极中，选出任意的3层，得到测定对象的电极。测定包含了基材(铝箔等)的电极的重量。此外，测定包含了基材的电极的尺寸(面积及厚度)，求出体积。从得到的值中，分别减去基材的重量和体积，算出仅电极层的重量及体积。通过将电极层的重量除以体积，求出电极密度(不含基材)。
此外，电极层(负极层及正极层)的空隙率按以下进行测定。采用扫描式电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)观察(20000倍)电极层中的横向20μm×厚度的断面，测定孔隙(空隙)的面积。再者，可按对比度的差判别孔隙。此外，在用一个视场不能测定时分多次进行测定。
用先前说明的方法测定了表2所示的功率密度(重量及体积两单位)、能量密度、单电池的重量、单电池的体积及内部电阻。1个单电池平均电压是对在规定的电压范围内按1C放电时的平均电压进行测定而得的。例如，在快速充放电蓄电装置试样1时，表示将单电池在1.5V以上且2.5V以下的电压范围内按1C放电时测定的平均电压。
接着，作为二次电池准备铅电池。二次电池为平均电压12V、功率密度100W/kg、能量密度30Wh/kg、重量10kg、容积5.7L的二次电池。
将上述快速充放电蓄电装置试样1～6和二次电池以并联的方式组合，制作实施例1～5、比较例1涉及的蓄电系统。组合条件如表3所示。再者，蓄电系统的单电池的重量为快速充放电蓄电装置的单电池的重量和二次电池的单电池的重量的合计值。
此外，蓄电系统的容积为快速充放电蓄电装置的单电池的容积和二次电池的单电池的容积的合计值。
按以下算出了作为蓄电系统全体的重量功率密度和能量密度。蓄电系统的重量功率密度PS＝(快速充放电蓄电装置的重量功率密度×根据串联数的单电池总重量+二次电池的重量功率密度×根据串联数的单电池总重量)/(快速充放电蓄电装置的单电池总重量+二次电池的单电池总重量)。此外，蓄电系统的重量能量密度ES＝(快速充放电蓄电装置的重量能量密度×根据串联数的单电池总重量+二次电池的重量能量密度×根据串联数的单电池总重量)/(快速充放电蓄电装置的单电池总重量+二次电池的单电池总重量)。
作为具体例子，对实施例1进行说明。实施例1中，以串联的方式连接6个试样1(功率密度7000W/kg、能量密度22.6Wh/kg)。此时的单电池重量达到0.54kg。铅电池(功率密度100W/kg、能量密度30Wh/kg)的重量为10kg。因此，蓄电系统的重量WS为0.54+10＝10.54kg。蓄电系统的功率密度为(7000W/kg×0.54kg+100W/kg×10kg)/10.54kg＝454W/kg。
此外，算出了蓄电系统的能量密度相对于蓄电系统的单电池的重量的比ES/WS。
表3
Figure BDA0001886620680000221
如从表3得知：实施例涉及的蓄电系统的功率密度及能量密度高。此外，与比较例1相比还能使单电池的重量轻量化。
而且，实施例涉及的蓄电系统与比较例1相比还能小型化。
接着，测定了将3kW(＝24V×125A)、5kW(＝24V×208A)、10kW(＝24V×416A)的电力施加10秒时的温度上升。如图4所示的那样，连接交流发电机→快速充放电蓄电装置→DC-DC转换器→二次电池，进行测定。
施加的3kW、5kW、10kW的电力是基于交流发电机的输出功率的。此外，10秒的施加时间是假设电动汽车的减速时间的。
表4中示出温度上升的测定结果。具体地讲，示出由蓄电系统的常温上升的温度。
表4
Figure BDA0001886620680000222
如从表4得知：实施例涉及的蓄电系统抑制温度上升。在交流发电机的输出功率为5kW以上时，实施例和比较例的温度上升的差异显著。交流发电机的输出功率在车辆速度为25km/h以上时可达到5kW以上。也就是说，在实施例涉及的蓄电系统中，即使在25km/h以上的速度也能够进行再生能量的蓄电。可知由此提高蓄电效率。
此外，在实施例涉及的蓄电系统中，由于抑制了交流发电机的输出功率为5kW以上时的温度上升，所以与比较例相比能够降低使冷却机构运转的频率。因此，能够提高车辆中的电力效率。
(实施例1A～5A、比较例1A)
此外，作为二次电池准备Li离子二次电池。Li离子二次电池设定为将平均电压3.6V、功率密度3400W/kg(大约6500W/L)、能量密度75Wh/kg(大约140Wh/L)、重量0.25kg、体积0.13L的3个串联。(0.75kg、0.39L)
替代铅电池而使用Li离子二次电池，按表5所示的组合条件制作实施例1A～5A、比较例1A涉及的蓄电系统。
表5
Figure BDA0001886620680000231
通过将二次电池由铅电池变换为Li离子二次电池，蓄电系统的功率密度PS、能量密度ES增大。这是因为将二次电池变换为轻量的电池的缘故。
进行与实施例1相同条件的测定，测定了实施例1A～5A、比较例1A中的快速充放电蓄电装置的温度上升。结果示于表6。
表6
Figure BDA0001886620680000241
即使变更蓄电系统的二次电池的种类，也得到了同样的结果。如此，得知：在蓄电系统中，能够使多种二次电池和快速充放电蓄电装置组合化。
根据以上说明的至少1个实施方式及实施例，可提供包含功率密度低于7000W/kg的二次电池和功率密度为7000W/kg以上的快速充放电蓄电装置的蓄电系统。该蓄电系统可与瞬时的高输出功率对应。
以上，对本发明的几个实施方式进行了例示，但这些实施方式是作为例子而提示出的，其意图并非限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形例包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。此外，上述各实施方式可通过相互组合来实施。

Claims (9)

1.一种蓄电系统，其是具备二次电池和快速充放电蓄电装置的蓄电系统，其中，二次电池的功率密度低于7000W/kg，快速充放电蓄电装置的功率密度为7000W/kg以上，所述二次电池的能量密度为30Wh/kg以上，在将所述二次电池的单电池和所述快速充放电蓄电装置的单电池的重量的合计重量设定为所述蓄电系统的单电池的重量WS时，所述蓄电系统的能量密度ES与所述蓄电系统的单电池的重量WS的比ES/WS为2.80以上，所述快速充放电蓄电装置具备含有氧化钨粉末和包含碳粉末的导电材料的电极层，在将所述氧化钨粉末的平均粒径设定为C、将所述导电材料的平均粒径设定为D时，C＞D。
2.根据权利要求1所述的蓄电系统，其中，所述快速充放电蓄电装置的功率密度为9000W/kg以上。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电系统，其中，所述快速充放电蓄电装置的功率密度为10000W/L以上。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电系统，其中，所述快速充放电蓄电装置的内部电阻为10Ω·cm2以下。
5.一种车辆，其具备权利要求1～4中任一项所述的蓄电系统。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中，将再生能量蓄电在所述蓄电系统中。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中，在所述车辆的移动速度为25km/h以上时，也能将再生能量蓄电在所述蓄电系统中。
8.一种机械设备，其具备权利要求1～4中任一项所述的蓄电系统。
9.根据权利要求8所述的机械设备，其中，所述机械设备为选自电梯、起重机、机器人、医疗设备及机床中的任一种。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019163931A1 (ja) * 2018-02-26 2019-08-29 株式会社 東芝 電極材料、それを用いた電極層並びに蓄電デバイス、及び電極材料の製造方法
KR102291404B1 (ko) * 2019-08-21 2021-08-18 이기성 하이브리드 배터리 충전 방법
TWI829161B (zh) * 2022-05-18 2024-01-11 大陸商美律電子(深圳)有限公司 儲能裝置及其電源供應方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101489824A (zh) * 2006-07-10 2009-07-22 丰田自动车株式会社 车辆的电力控制装置
WO2014068865A1 (ja) * 2012-10-29 2014-05-08 三洋電機株式会社 車載用蓄電システム
JP2014241224A (ja) * 2013-06-11 2014-12-25 イーメックス株式会社 ハイブリッド電池システム
WO2016039157A1 (ja) * 2014-09-11 2016-03-17 株式会社東芝 電極材料およびそれを用いた電極層、電池並びにエレクトロクロミック素子

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001216514A1 (en) 2000-05-31 2001-12-11 Kanebo Limited Electrode material and capacitor
JP4381273B2 (ja) 2004-10-01 2009-12-09 株式会社東芝 二次電池及び二次電池の製造方法
JP5094013B2 (ja) 2004-12-10 2012-12-12 キヤノン株式会社 リチウム二次電池用の電極構造体及び該電極構造体を有する二次電池
JP4352016B2 (ja) 2005-03-18 2009-10-28 株式会社東芝 無機固体電解質電池及び無機固体電解質電池の製造方法
JP2009081140A (ja) 2008-11-10 2009-04-16 Toshiba Corp 二次電池及び二次電池の製造方法
JP5580356B2 (ja) 2012-03-13 2014-08-27 株式会社東芝 電池用電極材料、電池用電極材料ペースト、及びそれを使った太陽電池、蓄電池及び太陽電池の製造方法
JP2013201071A (ja) 2012-03-26 2013-10-03 Toshiba Corp 電池用電極材料、電池用電極材料ペースト、色素増感太陽電池、および蓄電池
JP6150286B2 (ja) * 2013-08-06 2017-06-21 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 微生物燃料電池および微生物燃料電池用電極

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101489824A (zh) * 2006-07-10 2009-07-22 丰田自动车株式会社 车辆的电力控制装置
WO2014068865A1 (ja) * 2012-10-29 2014-05-08 三洋電機株式会社 車載用蓄電システム
JP2014241224A (ja) * 2013-06-11 2014-12-25 イーメックス株式会社 ハイブリッド電池システム
WO2016039157A1 (ja) * 2014-09-11 2016-03-17 株式会社東芝 電極材料およびそれを用いた電極層、電池並びにエレクトロクロミック素子

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