KR102346306B1 - 축전 시스템, 차량, 및 기계 설비 - Google Patents

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Abstract

이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스를 구비하는 축전 시스템에 있어서, 이차 전지의 파워 밀도가 7000W/kg 미만, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 7000W/kg 이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 9000W/kg 이상인 것이 바람직하다. 또한, 이차 전지의 에너지 밀도가 30Wh/kg 이상인 것이 바람직하다.

Description

축전 시스템, 차량, 및 기계 설비{ELECTRICITY STORAGE SYSTEM, VEHICLE AND MACHINERY EQUIPMENT}
본 발명의 실시 형태는, 축전 시스템 및 그것을 사용한 차량, 전자 기기 및 기계 설비에 관한 것이다.
CO2 삭감, 에너지 절약의 관점에서 엔진(가솔린 엔진, 디젤 엔진 등)과 모터를 조합한 하이브리드 시스템을 탑재한 자동차가 개발되고 있다. 또한, 모터만으로 움직이는 전기 자동차나 연료 자동차의 개발도 진행되고 있다.
모터는 전기로 가동된다. 이들 모터 구동의 자동차는 전기를 유효하게 활용하는 방법이 요구되고 있다. 모터 구동의 자동차에는 전기를 모으는 축전 시스템이 탑재되어 있다. 자동차의 가속 시에는, 축전 시스템으로부터 공급되는 전기에 의해 모터를 구동시키고 있다. 또한, 자동차의 제동시(감속시)에 모터를 제네레이터로서 기능시켜서 발생시킨 회생 에너지를 축전 시스템에 충전하고 있다.
국제 공개 번호 WO2008/007626호 공보(특허문헌 1)에는, 배터리(이차 전지)와 캐패시터를 조합한 축전 시스템을 사용하는 것이 나타나 있다. 캐패시터는 이차 전지와 비교하여 급속 방전·급속 충전이 가능하다. 캐패시터를 사용함으로써, 이차 전지의 열화를 방지하는 것이 행하여지고 있다. 한편, 캐패시터의 성능은 파워 밀도 4000W/kg 정도였다. 예를 들어, 국제 공개 번호 WO2001/093289호 공보(특허문헌 2)에는, 탄소재와 구리를 조합한 전극재가 사용되고 있다.
국제 공개 제2008/007626호 공보 국제 공개 제2001/093289호 공보 국제 공개 제2016/039157호 공보
회생 에너지란, 브레이킹 시의 에너지를 회수·축적하고, 재이용하는 것이다. 브레이킹 시, 요컨대 감속시의 에너지를 전기로 바꾸어서 축전하게 된다. 종래의 캐패시터는 파워 밀도가 4000W/kg 정도이다. 축전 시스템은, 자동차의 감속시의 순간적인 고출력으로 구비할 필요가 있다. 그러나, 종래의 캐패시터 성능에서는, 반드시 순간적인 고출력에 대응할 수 있는 것은 아니었다. 이와 같은 과제에 대응하기 위한 것이고, 감속시의 순간적인 고출력에 대응할 수 있는 축전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
실시 형태에 따른 축전 시스템은, 이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스를 구비한다. 축전 시스템에 있어서, 이차 전지의 파워 밀도가 7000W/kg 미만, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 7000W/kg 이상이다. 파워 밀도가 높은 급속 충방전 축전 디바이스와 파워 밀도가 낮은 이차 전지를 조합함으로써, 순간적인 고출력에 대응 가능한 축전 시스템으로 할 수 있다.
도 1은, 실시 형태에 따른 축전 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 실시 형태에 따른 축전 시스템의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 급속 충방전 축전 디바이스의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시 형태에 따른 축전 시스템의 일례인 자동차에 있어서의 실시의 양태를 나타내는 개략도이다.
도 5는, 실시 형태에 따른 축전 시스템의 일례인 전동차에 있어서의 실시의 양태를 나타내는 개략도이다.
도 6은, 실시 형태에 따른 축전 시스템의 일례인 의료 기기에 있어서의 실시의 양태를 나타내는 회로도이다.
도 7은, 실시 형태에 따른 축전 시스템의 일례인 엘리베이터에 있어서의 실시의 양태를 나타내는 개략도이다.
도 8은, 실시 형태에 따른 축전 시스템의 일례인 로봇에 있어서의 실시의 양태를 나타내는 개략도이다.
실시 형태에 따른 축전 시스템은, 이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스를 구비하는 축전 시스템에 있어서, 이차 전지의 파워 밀도가 7000W/kg 미만, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 7000W/kg 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1에 축전 시스템의 일례를 나타냈다. 도면 중, 1은 축전 시스템, 2는 이차 전지, 3은 급속 충방전 축전 디바이스이다.
축전 시스템(1)에서는, 이차 전지(2)와 급속 충방전 축전 디바이스(3)가 병렬로 접속되어 있다. 이차 전지(2)로는, 충전 및 방전을 할 수 있는 전지를 들 수 있다. 이러한 전지로서는, Li 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지, 연료 전지 등을 들 수 있다. 이차 전지(2)는 파워 밀도가 7000W/kg 미만이다. 또한, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 7000W/kg 이상이다. 또한, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도는 9000W/kg 이상인 것이 바람직하다.
파워 밀도는, 1kg(킬로그램)당 어느 정도의 출력이 얻어지는지를 나타낸 것이다. 축전 디바이스의 순간적인 전력 공급량을 나타내는 값이다. 파워 밀도가 크면 클수록, 순간적인 전력 공급량이 큰 것을 나타낸다.
또한, 파워 밀도는, 중량당 출력뿐만 아니라, 체적당 출력으로서 표현할 수도 있다. 예를 들어, 파워 밀도를 상기 1kg당 출력 대신에 1L(리터)당 출력으로서 나타낼 수 있다. 체적의 단위를 1L로서 나타내는 체적당 파워 밀도는, 1L당 어느 정도의 출력이 얻어지는지를 나타낸 것이다.
급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 7000W/kg 이상이며, 또한 10000W/L 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 급속 충방전 축전 디바이스, 나아가서는 축전 시스템의 경량화 및 소형화 중 어느 것에도 대응할 수 있다.
급속 충방전 축전 디바이스에 대한 파워 밀도는, 예를 들어 다음과 같이 하여 구할 수 있다.
급속 충방전 축전 디바이스의 단셀에 대한 중량으로 나타내는 파워 밀도, 즉 중량 파워 밀도 P(W/kg)를 하기 식 (1)에 의해 구할 수 있다.
P(W/kg)=(V1 2-V2 2)/4RM (1)
여기서, V1은 방전 개시 전압(V), V2는 방전 종료 전압(V), R은 내부 저항(Ω), M은 셀 중량(kg)이다.
급속 충방전 축전 디바이스의 단셀에 대한 체적으로 나타내는 파워 밀도, 즉 체적 파워 밀도 P(W/L)를 하기 식 (2)에 의해 구할 수 있다.
P(W/L)=(V1 2-V2 2)/4RV (2)
여기서, V1은 방전 개시 전압(V), V2는 방전 종료 전압(V), R은 내부 저항(Ω), V는 셀 체적(L)이다.
축전 디바이스가 예를 들어, 후술하는 바와 같은 산화 텅스텐을 전극층에 포함한 급속 충방전 축전 디바이스일 경우에는, 방전 개시 전압 V1 및 방전 종료 전압 V2는 다음 값으로 설정될 수 있다. 방전 개시 전압 V1은 2.5V로 설정된다. 방전 종료 전압 V2는 1.5V로 설정된다. 여기에서 말하는 방전 개시 전압 V1 및 방전 종료 전압 V2는, 예를 들어 축전 디바이스가 과충전이나 과방전되지 않고 안전하게 충방전될 수 있는 전압 범위의 상한값 및 하한값에 해당할 수 있는 것이며, 축전 디바이스의 라미네이트 셀의 충전 상태(SOC; State of Charge)가 100％일 때의 셀 전압 및 0％일 때의 셀 전압에 각각 대응할 수 있다.
내부 저항 R은, 다음과 같이 하여 측정할 수 있다. 우선, 측정 대상으로서의 축전 디바이스, 예를 들어 라미네이트 셀의 SOC를 50％로 조정한다. 이 라미네이트 셀을 대상으로, 교류 임피던스법으로 1kHz(진폭 10mV)에서의 직렬 저항을 측정하고, 얻어진 값을 내부 저항 R이라 한다.
셀 중량 M은, 측정 대상인 라미네이트 셀의 중량(외장 용기 등을 포함함)을 측정하여 얻어진다. 셀 체적 V는, 라미네이트 셀에 있어서의 적층 전극 부분(외장 용기 등을 포함하지 않음)의 치수를 측정하고, 세로 방향의 길이, 가로 방향의 폭 및 두께로부터 산출한다(V=세로×가로×두께).
성능이 충분하지 못한 축전 장치를 사용한 경우에 개개의 축전 장치의 성능을 보충하기 위해서, 예를 들어 복수의 축전 장치가 전기적으로 직렬 접속될 수 있다. 이 경우, 전체로서는 충분한 성능이 얻어졌다고 해도, 축전 장치의 개수가 많아져 버리기 때문에, 종합적인 중량이나 체적이 커져 버린다. 즉, 복수의 축전 장치를 병용함으로써 종합적인 출력(파워)을 높게 할 수 있어도, 중량이나 체적당 출력(파워 밀도)은 여전히 낮다.
실시 형태의 축전 시스템에 있어서의 급속 충방전 축전 디바이스는 파워 밀도가 높고, 예를 들어 단일 셀의 상태로도 충분한 출력을 나타낼 수 있다. 또한, 급속 충방전 축전 디바이스의 셀을 복수, 예를 들어 전기적으로 직렬 접속한 경우도, 종합적인 중량이나 체적의 증가를 비교적 낮게 억제하면서도, 높은 출력을 얻을 수 있다. 즉, 급속 충방전 축전 디바이스의 중량 파워 밀도는, 예를 들어 셀1개당 7000W/kg 이상이다. 또한, 복수의 셀을 직렬 접속시킨 경우도 종합적인 중량 파워 밀도가 7000W/kg 이상일 수 있다. 마찬가지로, 급속 충방전 축전 디바이스의 체적 파워 밀도는, 예를 들어 셀 1개당 10000W/L 이상이며, 복수의 셀을 직렬 접속시킨 경우도 종합적인 체적 파워 밀도가 10000W/L 이상일 수 있다.
구체예로서, 예를 들어 1 셀의 파워 밀도가 13000W/kg, 1 셀의 중량이 0.09kg인 급속 충방전 축전 디바이스를 직렬로 12개 접속한 경우, 종합적인 파워(W)는 14040(W)으로 된다. 파워(W)=파워 밀도(W/kg)×중량(kg)×직렬수로 구해진다. 혹은, 파워(W)=파워 밀도(W/L)×체적(L)×직렬수로 구할 수도 있다.
실시 형태의 축전 시스템은, 파워 밀도가 7000W/kg 미만인 이차 전지와, 7000W/kg 이상인 급속 충방전 축전 디바이스를 조합한 것이다. 파워 밀도가 높은 급속 충방전 축전 디바이스를 사용하고 있기 때문에, 이차 전지보다도 먼저 급속 충방전 축전 디바이스에 의해 충방전을 행할 수 있다. 그 때문에, 순간적인 전력 공급이 가능하게 된다.
또한, 이차 전지는 에너지 밀도가 30Wh/kg 이상인 것이 바람직하다. 에너지 밀도는 이차 전지의 용량을 나타내는 값이다. 용량이 큰 이차 전지와, 순발력이 높은 축전 디바이스를 조합한 축전 시스템이다. 이러한 축전 시스템은, 급속 충방전 축전 디바이스에 의해, 급속 충방전을 행할 수 있다. 그 때문에, 이차 전지의 충방전 횟수를 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 이차 전지의 열화를 방지할 수 있다.
이차 전지의 종류에 따라 파워 밀도 및 에너지 밀도의 값이 상이하지만, 전형적인 예를 이하에 든다.
전형적인 리튬 이온 이차 전지의 파워 밀도는, 예를 들어 2400W/kg(약 3730W/L) 정도일 수 있다. 전형적인 리튬 이온 이차 전지의 에너지 밀도는, 예를 들어 120Wh/kg(약 190Wh/L) 정도일 수 있다.
전형적인 납 전지의 파워 밀도는, 예를 들어 100W/kg 정도일 수 있다. 전형적인 납 전지의 에너지 밀도는, 예를 들어 30Wh/kg 정도일 수 있다.
전형적인 니켈 수소 전지의 파워 밀도는, 예를 들어 300W/kg 정도일 수 있다. 전형적인 니켈 수소 전지의 에너지 밀도는, 예를 들어 40Wh/kg 정도일 수 있다.
또한, 전기 이중층 캐패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor)와 같은 전형적인 캐패시터의 파워 밀도는, 예를 들어 6700W/kg 정도일 수 있다. 전형적인 캐패시터의 에너지 밀도는, 예를 들어 약 4Wh/kg 정도일 수 있다.
또한, 이차 전지의 셀과 급속 충방전 축전 디바이스의 셀 중량의 합계 중량을 축전 시스템의 셀 중량으로 했을 때, 축전 시스템의 에너지 밀도(Wh/kg)/축전 시스템의 셀 중량(kg)의 비가 1 이상인 것이 바람직하다. 축전 시스템의 셀 중량에 비하여 에너지 밀도가 높다는 것은 용량에 비하여 경량화가 되어 있음을 나타내는 것이다.
바꾸어 말하면, 축전 시스템의 에너지 밀도를 ES로 나타내고, 축전 시스템에 있어서의 이차 전지의 셀과 급속 충방전 축전 디바이스의 셀의 합계 중량을 WS로 나타냈을 때, 축전 시스템의 에너지 밀도 ES(Wh/kg)와 축전 시스템의 셀 중량 Ws(kg)의 비 ES/WS, 즉 축전 시스템에 있어서의 셀의 총중량에 대한 총에너지 밀도가 1 이상인 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 축전 시스템은, ES/WS≥1이라고 하는 관계를 만족시키고 있다.
또한, 파워 밀도가 높은 급속 충방전 축전 디바이스를 사용함으로써, 축전 시스템의 소형화, 경량화도 가능하다. 축전 시스템의 소형화, 경량화는 후술하는 차량 등에 탑재했을 때에 차량의 연비 개선에도 효과가 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 차량의 회생 에너지를 충전할 때에, 25km/h 이상의 속도에서도 축전 가능하게 된다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 이차 전지 또는 급속 충방전 축전 디바이스 중 어느 한 종류 또는 두 종류를 복수개 접속해도 된다. 도 2에서는, 제1 이차 전지(2-1), 제2 이차 전지(2-2), 제1 급속 충방전 축전 디바이스(3-1), 제2 급속 충방전 축전 디바이스(3-2)이다. 제1 이차 전지(2-1)와 제2 이차 전지(2-2)를 직렬로 접속하고 있다. 또한, 제1 급속 충방전 축전 디바이스(3-1)와 제2 급속 충방전 축전 디바이스(3-2)를 직렬로 접속하고 있다. 이차 전지끼리를 직렬, 급속 충방전 축전 디바이스끼리를 직렬로 접속한다. 이차 전지 군과 급속 충방전 축전 디바이스 군을 병렬로 접속한다. 이에 의해 축전 시스템의 용량을 크게 할 수 있다.
도 2에서는, 이차 전지 군에 있어서 두 이차 전지(2-1 및 2-2)가 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 예를 나타냈다. 그러나, 이차 전지 군에서는, 셋 이상의 이차 전지가 직렬로 접속되어 있어도 된다. 혹는, 이차 전지 군에 있어서, 셋 이상의 이차 전지가 직렬 접속과 병렬 접속을 조합하여 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
한편으로, 도 2에 있어서의 급속 충방전 축전 디바이스 군에서는, 두 급속 충방전 축전 디바이스(3-1 및 3-2)가 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 예를 나타냈다. 그러나, 급속 충방전 축전 디바이스 군에서는, 셋 이상의 급속 충방전 축전 디바이스가 직렬로 접속되어 있어도 된다. 혹은, 급속 충방전 축전 디바이스 군에 있어서, 셋 이상의 급속 충방전 축전 디바이스가 직렬 접속과 병렬 접속을 조합하여 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
또한, 이차 전지(2)와 급속 충방전 축전 디바이스(3)의 전기적인 접속의 형태는, 병렬 접속에 한정되지 않는다. 예를 들어, 축전 시스템(1)이 자동차 등의 차량에 구비되어 있는 경우에는, 이차 전지(2)와 급속 충방전 축전 디바이스(3)(이차 전지 군과 급속 충방전 축전 디바이스 군)가 전기적으로 직렬 접속될 수 있다.
자동차에는, 얼터네이터가 사용되고 있다. 상세는 후술하지만, 얼터네이터에서 발전된 전기(회생 에너지)는, 우선 급속 충방전 축전 디바이스에 축적된다. 그 후, 급속 충방전 축전 디바이스로부터의 전기는, DC-DC 컨버터 등의 제어 회로를 통하여 급속 충방전 축전 디바이스와 전기적으로 직렬 접속되어 있는 이차 전지에 충전된다. 이차 전지에 충전된 전기는, 예를 들어 자동차에 내장되어 있는 에어컨 등의 전자 기기를 포함하는 부하에 공급되어, 이용할 수 있다.
또한, 자동차의 얼터네이터에 접속되어 있는 축전 디바이스는, 이차 전지 군과 급속 충방전 축전 디바이스 군이 전기적으로 병렬 접속되어 있어도 된다.
또한, 이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스는 일체화한 유닛 구조여도 되고, 떨어진 위치에 배치해도 된다.
이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스는, 전기적으로 직접 접속되어 있어도 되고, 혹은, 상기 예와 마찬가지로, 예를 들어 DC-DC 컨버터 등의 제어 회로를 통하여 접속되어 있어도 된다.
또한, 제어 회로로서는, DC-DC 컨버터 이외에, 스위칭 소자, 평균 셀 전압 제어, 전류 센서 등을 들 수 있다. 게다가, 필요에 따라, CPU, 온도 센서 등을 마련해도 된다.
또한, 급속 충방전 축전 디바이스는, 전극층에 산화 텅스텐 분말을 구비하는 것이 바람직하다. 도 3에 급속 충방전 축전 디바이스의 셀 구조의 일례를 나타냈다. 도면 중, 4는 부극측 전극, 5는 정극측 전극, 6은 부극층, 7은 정극층, 8은 세퍼레이터, 9는 전해액이다.
부극측 전극(4) 상에는 부극층(6)이 마련되어 있다. 또한, 정극측 전극(5) 상에는 정극층(7)이 마련되어 있다. 부극층(6)과 정극층(7)은 세퍼레이터(8)를 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 또한, 부극층(6)과 정극층(7) 사이에는 전해액(9)이 충전되어 있다.
부극층(6) 또는 정극층(7) 중 어느 한쪽에 산화 텅스텐 분말을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 산화 텅스텐 분말은, 활성화 에너지 Eα가 0.05eV 이하인 것이 바람직하다. 또한, 해당 분말이 상온(25℃)에서 호핑 전도 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 해당 분말의 산소 결손량이 1×1018cm-3 이상인 것이 바람직하다. 또한, 해당 분말의 캐리어 밀도가 1×1018cm-3 이상인 것이 바람직하다. 또한, 해당 분말의 평균 입경은 50㎛ 이하, 나아가서 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 평균 입경 1㎛ 미만의 나노 입자로 하는 것이 바람직하다. 이러한 산화 텅스텐 분말은 국제 공개 번호 WO2016/039157호 공보(특허문헌 3)에 나타나 있다.
해당 산화 텅스텐 분말은, 산소 결손을 마련함으로써 축전 용량을 높게 하고, 충방전 효율을 높일 수 있다. 또한, 산소 결손량을 증가시킴으로써, WO2.68~2.75의 범위로 되도록 하는 것이 바람직하다.
산화 텅스텐의 결정 구조에 산소 결손을 도입함으로써, 결정 구조 중 Li 이온의 확산 경로가 커진다. 예를 들어, WO2.72로 표현되는 조성을 갖는 산화 텅스텐의 결정 구조는, 헥사고날 터널을 갖고 있으며, 결정 중 Li 이온의 확산이 빠르다. 그 때문에 Li 이온 전도성이 높으므로, 충방전 효율이 높아진다. 또한, 후술하는 바와 같이, 산소 결손을 도입함으로써 산화 텅스텐을 포함하는 전극층의 내부 저항을 저하시킬 수 있다. 나아가서는, 급속 충방전 축전 디바이스의 내부 저항을 저감할 수 있다.
산화 텅스텐의 결정 구조로의 산소 결손의 도입은, 예를 들어 산화 텅스텐 분말에 대하여 수소 혼합 질소 분위기 속에서의 처리를 실시함으로써 행할 수 있다.
또한, 정극측 전극(5)과 부극측 전극(4)은 도전 재료로 이루어지는 것이다. 도전 재료로서는 구리, 알루미늄, 티타늄, 카본 코팅 알루미늄, 카본 코팅 구리 및 이들의 합금을 들 수 있다.
또한, 산화 텅스텐 분말을 부극층(6)에 사용했을 때, 정극층(7)은 리튬 복합 산화물이 바람직하다. 리튬 복합 산화물로서는, 코발트산 리튬(LiCoO2), 니켈산 리튬(LiNiO2), 망간산 리튬(LiMn2O4), 삼원계 재료(예를 들어, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2) 등이 바람직하다. 또한, 산화 텅스텐 분말을 정극층(7)에 사용했을 때, 부극층(6)은 Li를 프리 도핑한 흑연계 재료나 금속층인 것이 바람직하다. 흑연계 재료로서는 그래파이트, 하드 카본, 카본 나노 튜브, 그래핀, 풀러렌을 들 수 있다. 금속층으로서는 리튬, 실리콘, 실리콘 합금을 들 수 있다. 이렇게 산화 텅스텐 분말로 이루어지는 전극층에 대향 배치되는 전극층은 Li 단체 또는 Li 복합 산화물인 것이 바람직하다. 이들의 조합은 Li 이온의 수수를 효율적으로 행할 수 있다. 그 때문에, 파워 밀도 및 에너지 밀도를 크게 할 수 있다.
또한, 산화 텅스텐 분말을 포함한 전극층의 내부 저항을 낮추는 것이, 급속 충방전 축전 디바이스의 셀 경량화 및 소형화하는 데 바람직하다. 구체적으로는, 전극층의 내부 저항을 저하시킴으로써, 급속 충방전 축전 디바이스의 내부 저항을 10Ω·cm2 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 내부 저항을 저감시킴으로써, 축전 시에 셀의 발열량을 저감할 수 있다. 이에 의해, 차량의 이동 속도가 25km/h 이상이어도, 회생 에너지 등의 전기 에너지를 안전하게 축전할 수 있다.
차량의 이동 속도가 빠르면 회생 에너지는 대전류로 된다. 대전류를 축전 하려고 하면 셀이 발열하고, 안전상의 문제가 발생하고 있었다. 이 때문에 종래는, 예를 들어 15km/h 이하의 저속 영역에서만 회생 에너지를 축전하고 있었다. 실시 형태에 따른 급속 충방전 축전 디바이스는 내부 저항을 저감시켰기 때문에, 셀의 발열량을 억제할 수 있다. 이에 의해, 차량의 이동 속도가 25km/h 이상이어도, 축전할 때의 안전성이 높다.
축전 디바이스에 있어서의 내부 저항은, 예를 들어 이하와 같이 하여 저하시킬 수 있다. 예를 들어, 산화 텅스텐의 결정 구조에 산소 결손을 도입함으로써, 전극층의 내부 저항을 낮출 수 있다.
또한, 산화 텅스텐 분말에 도전 재료를 혼합하는 방법도 들 수 있다. 또한, 산화 텅스텐 분말로 이루어지는 전극층과 부극측 전극 또는 정극측 전극 사이에 도전 재료를 마련하는 것도 유효하다. 도전 재료로서는 카본 분말을 들 수 있다. 산화 텅스텐 분말과 도전 재료를 함께 사용함으로써 전극층의 내부 저항을 저감할 수 있다. 내부 저항의 저감은 파워 밀도의 향상으로 연결된다. 산화 텅스텐 분말의 중량을 A(g), 도전 재료(카본 분말)의 중량을 B(g)라 했을 때, 0.01≤B/A≤0.3의 범위인 것이 바람직하다. 0.01 미만이면 도전 재료의 첨가의 효과가 작다. 또한, 0.3을 초과하면 산화 텅스텐 분말의 비율이 줄어들기 때문에 용량이 저하된다. 또한, 산화 텅스텐 분말의 평균 입경을 C(㎛), 도전 재료의 평균 입경을 D(㎛)라 했을 때, C>D인 것이 바람직하다. 도전 재료의 입경을 작게 함으로써, 산화 텅스텐 분말끼리의 간극에 들어가므로 내부 저항을 저감시키기 쉽다.
산화 텅스텐과 혼합되는 도전 재료나, 전극층과 부극측 전극 또는 정극측 전극 사이에 마련되는 도전 재료로서, 보다 구체적으로는, 예를 들어 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트 등의 도전 보조제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 입자형 도전 보조제와 산화 텅스텐 분말을 혼합함으로써, 전극층에 있어서의 입자간의 콘택트 저항을 저감하고, 그 결과 내부 저항을 억제할 수 있다.
또한, 전극층과 부극측 전극 또는 정극측 전극 사이에 도전 재료를 마련하는 경우, 예를 들어 부극측 전극 또는 정극측 전극으로서의 금속박이나 합금박 상에 카본층 등의 도전층을 형성함으로써, 도전성을 향상시킴과 함께, 전극층과 박의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
도전층의 형성 방법은 다음 것에 한정되지는 않지만, 예를 들어 다음과 같이 하여 도전층을 형성할 수 있다. 도전 재료가 포함되어 있는 코팅재를 박의 표면에 도포한다. 도포된 코팅재를 건조시킴으로써, 도전층이 얻어진다. 또한, 도전 재료로서 카본 재료를 포함한 코팅재를 사용하여 알루미늄박 상에 카본층을 형성한 경우에는, 카본 코팅 알루미늄이 제작될 수 있다.
내부 저항을 저하시키는 또 다른 방법으로서, 프레스 처리를 실시함으로써 전극 밀도를 증대시키는 방법을 들 수 있다. 일례로서, 부극층에 산화 텅스텐 분말이 포함되어 있는 경우를 이하에 설명한다.
우선, 부극측 전극 상에 부극층(산화 텅스텐층)을 형성한다. 부극층은, 산화 텅스텐 분말 이외에 도전 재료(도전 보조제)를 포함하고 있어도 된다. 또한, 부극측 전극은, 도전층을 포함하는 것이어도 된다.
형성된 부극층에 대하여 프레스 처리를 행한다. 이때, 프레스 전 전극 밀도, 예를 들어 1.8g/cm3이었던 부극층의 밀도가 프레스의 결과, 예를 들어 3.6g/cm3 정도로 증가될 수 있다. 프레스 후 전극 밀도가 2.2g/cm3 이상인 것이 바람직하고, 3.0g/cm3 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 대향 전극인 정극(산화 텅스텐을 포함하지 않음)에 대해서도 프레스 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
이상의 예에서는, 산화 텅스텐을 포함하는 부극층을 사용한 경우에 대하여 설명했지만, 산화 텅스텐을 포함하는 정극층을 구비한 축전 시스템의 경우도 마찬가지로, 프레스에 의해 정극층의 밀도를 증가시킬 수 있다.
프레스 처리에 있어서의 프레스 압은, 부극측 및 정극측 중 어느 것에 대해서도, 300kg/cm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 부극층 및 정극층 중 어느 것의 전극 밀도를 2.2g/cm3 이상으로 할 수 있다.
내부 저항을 저감시키는 이들 수단을 조합해도 된다. 예를 들어, 산소 결손이 있는 산화 텅스텐과 카본층을 코팅한 금속박을 조합할 수 있다.
또한, 정극층(7) 및 부극층(6)의 두께는 1㎛ 이상 100㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 산화 텅스텐 분말로 이루어지는 정극층(7) 또는 부극층(6)은 공극률이 20％ 이상 80％ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 막 두께가 1㎛ 미만에서는 산화 텅스텐 분말량이 작기 때문에 용량이 저하된다. 한편, 100㎛를 초과하여 두꺼우면, 전해액이 내부까지 들어가기 어려워질 우려가 있다. 또한, 공극률이 80％를 초과하여 높으면 산화 텅스텐 분말량이 줄어들기 때문에 용량이 저하된다. 또한, 공극률이 20％ 미만이면 전해액이 내부까지 들어오기 어려워질 우려가 있다.
정극층(7) 및 부극층(6) 중 어느 전극층에 대해서도, 전해액이 내부까지 들어가지 않으면, 산화 텅스텐 분말이나 그 이외의 전극 재료와 전해액의 접촉 면적이 저하된다. 그 결과, 정극과 부극 사이의 Li 이온의 수수 효율이 저하되기 때문에, 축전 디바이스의 파워 밀도가 저하될 수 있다.
상술한 바와 같이 프레스 처리에 의해 전극 밀도를 증가시킬 경우, 공극률이 20％ 이상 80％ 이하에 머무르는 범위에서 전극 밀도를 높이는 것이 바람직하다.
또한, 세퍼레이터는, 다공질의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌으로 이루어지고, 두께는 5㎛ 이상 50㎛ 이하이고, 부극 전극과 정극 전극에 의한 단락을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 전해액은, Li 염으로서 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3SO3을 전해질로서 함유하고, 비수 용매로서 에틸렌카르보네이트(EC), 프로필렌카르보네이트(PC), 부틸렌카르보네이트(BC), 디메틸카르보네이트(DMC), 디에틸카르보네이트(DEC), 에틸메틸카르보네이트(EMC), 감마부티로락톤(γ-BL), 발레로락톤(VL) 및 이들의 혼합 용매인 것이 바람직하다.
정극과 부극이 마주 향하는 면적이 많은 쪽이, 이들 전극간에서 Li 이온을 효율적으로 수수할 수 있는 영역이 많아지기 때문에, 파워 밀도를 향상시키는 데 바람직하다. 정극과 부극의 대향 면적은, 예를 들어 각각의 전극의 면적을 확대하고, 또한 서로 중첩되는 부분이 많은 배치를 취함으로써 크게 할 수 있다. 또한, 복수의 정극과 복수의 부극을 사용해서, 예를 들어 다층 적층형 라미네이트 셀을 구축함으로써, 정극과 부극의 대향 면적을 종합적으로 크게 할 수 있다.
상기 설계를 적절하게 조합함으로써, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도를 7000W/kg 이상으로 할 수 있다. 구체적으로는, 산화 텅스텐 분말을 전극층에 사용하여, 상기 수단에 의해 내부 저항을 저감시키고, 전극층의 두께 및 공극률을 상술한 범위로 하고, 또한 정극과 부극이 대향하는 면적을 많게 함으로써 높은 파워 밀도를 나타내는 급속 충방전 축전 디바이스를 얻을 수 있다.
이상과 같은 축전 시스템은, 급속 충방전이 가능하게 된다. 또한, 파워 밀도가 높은 급속 충방전 축전 디바이스를 우선적으로 사용할 수 있으므로 이차 전지의 사용 횟수를 저감시킬 수 있다. 이 결과, 이차 전지의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 파워 밀도가 7000W/kg 이상인 급속 충방전 축전 디바이스를 사용함으로써, 축전 시스템으로서의 소형화, 경량화도 얻을 수 있다.
이러한 축전 시스템은, 차량, 전자 기기, 기계 설비에 사용하는 것이 바람직하다.
차량은, 자동차, 전동차 등을 들 수 있다. 자동차는, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터로 구동되는 자동차를 들 수 있다. 또한, 자동차는, 자가용차, 버스, 크레인 차, 트럭 등 특별히 한정되는 것은 아니다.
모터로 구동되는 차량은 감속시 에너지를 회수·축적하여, 재이용하고 있다. 감속시 에너지를 회생 에너지라 칭하고 있다. 이 회생 에너지를 급속 충방전 축전 디바이스에 축전해 나간다. 회생 에너지는 감속시, 요컨대 브레이킹 시에 발생해 간다. 브레이크는 그 때마다 밟아지는 것이다. 파워 밀도 7000W/kg 이상의 급속 충방전 축전 디바이스를 사용하고 있기 때문에, 순간에 발생되는 회생 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 모터의 가속시에 필요한 전기를 순간적으로 공급할 수 있다. 또한, 회생 에너지는 감속시에 발생된다. 지금까지는 15km/h 이하까지 감속했을 때밖에 축전되지 못하였다. 파워 밀도 7000W/kg 이상의 급속 충방전 축전 디바이스를 사용함으로써, 차량의 이동 속도가 25km/h 이상일 때에도 회생 에너지를 축전할 수 있다. 이 점으로부터도 축전 효율이 높아진다. 또한, 경량화도 할 수 있는 점에서 연비의 향상에도 연결된다.
또한, 전자 기기는, 전기로 구동되는 장치를 나타낸다. 예를 들어, CT 등의 의료 기기는 최대 전력에 맞춰서 계약 전력을 정하고 있다. 그에 비해, 통상의 사용 상황에서는 최대 전력의 50％ 내지 80％ 정도로 사용되고 있다. 실시 형태에 따른 축전 시스템을 사용함으로써, 최대 전력이 필요할 때만 모자란 전력을 축전 시스템으로부터 공급할 수 있다. 이 결과, 계약 전력을 낮출 수 있다. 파워 밀도가 높은 급속 충방전 축전 시스템을 사용하고 있는 점에서, 순간적으로 최대 전력이 필요하게 되었다고 해도 충분히 공급할 수 있다. 전자 기기는, 예를 들어 축전 시스템에 의해 최대 전력에 부족한 전력을 보충하는 방식을 이용하는 것을 포함한다.
또한, 기계 설비는 가동되는 설비가 달린 것이다. 기계 설비로서는, 엘리베이터, 크레인, 로봇, 공작 기계로부터 선택되는 한 종류를 들 수 있다. 이들 기계 설비는 모터로 가동되는 설비를 갖는 것이다. 예를 들어, 엘리베이터는, 카를 상하로 승강시키는 모터(권상기)가 달려 있다. 모터가 달려있는 것은, 상승과 하강을 반복한다. 승강 시에 회생 에너지를 축전할 수 있다. 파워 밀도 7000W/kg 이상의 급속 충방전 축전 디바이스를 사용함으로써, 근소한 가속·감속이어도 축전할 수 있다.
실시 형태에 따른 축전 시스템에 대해서, 차량 및 기계 설비에 있어서의 구체예나 실시의 양태를 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
실시 형태에 따른 축전 시스템에 관한 차량, 보다 구체적으로는 자동차에 있어서의 실시의 양태 일례로서, 도 4에 자동차의 회생 에너지의 회수를 나타내는 개략도를 나타냈다. 도면 중, 2는 이차 전지, 3은 급속 충방전 축전 디바이스, 10은얼터네이터, 11은 DC-DC 컨버터, 12는 부하, 41은 엔진, 42는 차륜이다.
얼터네이터(10)는, 엔진(41)의 회전의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 교류 발전 장치이며, 에너지 회생을 담당한다. 예를 들어, 자동차의 감속시에 있어서도, 노면을 구르는 차륜(42)의 회전이 차축이나 차동 기어 등의 동력 전달 기구를 통하여 엔진(41)으로 전해지기 때문에, 엔진(41)은 회전한다. 얼터네이터(10)는, 이 회전의 에너지를 이용하여 발전을 행한다.
얼터네이터(10)에 의해 발전된 전기 에너지는, 일단, 급속 충방전 축전 디바이스(3)에 축전된다. 그 후, 급속 충방전 축전 디바이스(3)로부터 DC-DC 컨버터(11)을 통하여 이차 전지(2)에 전기를 모을 수 있다. 또한, 이차 전지(2)로부터 부하(12)에 전기를 공급하고, 이용할 수 있다. 부하(12)는, 예를 들어 카 내비게이션 시스템, 에어컨, 오디오 기기 등의, 자동차에 내장되어 있는 전자 기기 등을 포함한다.
부하(12)를 위한 전력으로서 이차 전지(2)에 모은 전기를 사용함으로써 예를 들어 하이브리드카에 있어서의 연료를 소비하는 엔진에서의 발전을 적게 해도, 충분히 전력을 공급할 수 있다. 그 결과, 연료 소비를 저감시킬 수 있다.
얼터네이터(10)에 의해 발전하고, 축전 시스템에 충전하는 것을 에너지 회생이라 한다. 즉, 자동차의 감속시 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 회생 에너지로서 회수한다.
감속 에너지 회수량은, 충전 수용성의 영향을 크게 받는다. 즉, 얼터네이터로부터 회생 에너지를 배터리나 축전 시스템에 충전(축전)할 때, 배터리나 축전 시스템의 충전(축전) 속도 및 용량이 충분하지 않으면, 회생 에너지의 회수율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 납 배터리의 충전 수용성이 제한되고, 얼터네이터의 발전 전력을 효율적으로 회수할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 캐패시터의 활용 검토가 진행되고 있다. 그러나, 단자 전압이 거의 일정한 납 배터리에 대하여 캐패시터는 충전 상태에 따라 전압이 변화한다. 그 때문에, 얼터네이터는 폭넓은 전압에 대응할 필요가 있다. 이를 감안하여, 12V-25V의 전압에 대응한 가변 전압식 얼터네이터도 개발되고 있다. 이 얼터네이터의 채용에 의해, 감속 회생시에 캐패시터 전압을 최대 25V까지 상승시켜서 발전하는 것이 가능하고, 에너지 회생량을 향상할 수 있다.
얼터네이터의 출력 및 전압에 따라, 전류량이 변화한다. 예를 들어, 축전 시스템의 단자 전압이 24V라 가정한 경우, 얼터네이터로부터의 출력이 3kW라면 125A의 전류로 축전 시스템이 축전되어(3kW=24V×125A), 출력이 5kW라면 208A의 전류(5kW=24V×208A), 출력이 10kW라면 416A의 전류(10kW=24V×416A)로 축전 시스템이 축전된다.
얼터네이터로부터 축전 시스템으로의 전류량이 너무 많으면, 셀이 발열하여 온도 상승함으로써 안전성이 손상될 우려가 있다. 안전성을 확보하기 위해서, 예를 들어 온도가 상승해 버렸을 경우에 냉각 기구의 스위치를 넣는, 또는 그 이상의 전류가 흐르지 않도록 스톱을 거는 안전 기구를 구비한 제어 회로를 채용할 수 있다. 냉각 기구의 가동에 전력을 소비하는 것이기 때문에, 전류량이 너무 많아지지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 축전 시스템의 충전 수용성이 얼터네이터의 출력에 대응할 수 있는 설계로 하는 것이 바람직하다.
이차 전지(2)는 급속 충방전 축전 디바이스(3)와 비교하여 큰 용량을 갖는다. 급속 충방전 축전 디바이스(3)로부터 DC-DC 컨버터(11)를 통하여 이차 전지(2)에 회생된 전기를 충전함으로써, 급속 충방전 축전 디바이스(3)의 용량에 여유를 마련할 수 있다. 이렇게 함으로써, 급속 충방전 축전 디바이스(3)는 자동차가 다음에 감속할 때 발생되는 회생 에너지를 남김없이 회수할 수 있다. 급속 충방전 축전 디바이스(3)의 용량에 충분한 여유가 없으면, 회생 에너지를 회수할 수 있는 양이 적어질 수 있다. 혹은, 급속 충방전 축전 디바이스(3)가 과충전 상태로 되고, 안전성이 손상될 우려가 있다.
실시 형태에 따른 축전 시스템에 관한 차량, 보다 구체적으로는 전동차, 즉 철도용 차량에 있어서의 실시의 양태의 일례로서, 도 5에 전동차의 회생 에너지의 회수를 나타내는 개략도를 나타냈다. 도면 중, 50은 전동차, 51은 펜타그래프, 52는 차륜, 1은 축전 시스템, 21은 전압 변환기, 22는 인버터, 23은 가선, 31은 선로이다.
전동차(50)에 있어서, 펜타그래프(51), 전압 변환기(21), 축전 시스템(1), 인버터(22), 및 차륜(52)을 구동시키는 구동 모터(도시 생략)가 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 펜타그래프(51)는, 전동차(50)의 노선 상에 배치되어 있는 가선(23)과 접촉한다. 펜타그래프(51)와 가선(23)의 접촉을 확실하게 하기 위해서, 펜타그래프(51)는, 예를 들어 스프링형 구조에 의해 높이의 변화가 가능한 것일 수 있다.
가선(23)으로부터 펜타그래프(51)를 통하여 전동차(50) 내에 직류 전력이 공급된다. 전압 변환기(21)는 직류 전압을 적절히 변환, 예를 들어 1500V의 직류를 600V의 직류로 변환하여, 인버터(22) 및 축전 시스템(1)에 공급한다. 전압 변환기(21)는, 예를 들어 DC-DC 컨버터일 수 있다. 인버터(22)는 직류 전력을 교류로 변환하고, 구동 모터에 공급한다. 구동 모터의 작동에 의해 차륜(52)이 구동함으로써, 전동차(50)가 주행될 수 있다.
축전 시스템(1)에 공급된 직류 전력은, 예를 들어 축전 시스템(1)에 포함되어 있는 이차 전지 또는 이차 전지 군에 축전된다. 또한, 직류 전류는, 이차 전지 대신에 축전 시스템(1)에 포함되어 있는 급속 충방전 축전 디바이스 또는 급속 충방전 축전 디바이스 군, 또는 급속 충방전 축전 디바이스(군) 및 이차 전지(군) 양쪽에 축전되어도 된다.
전동차(50)를 감속시킬 때, 예를 들어 구동 모터에의 전력 공급이 차단되고, 브레이크가 걸린다다. 차륜(52)이 선로(31) 상을 구르는 것에 의해 구동 모터가 회전하고, 회생 전력이 발생된다. 인버터(22)는 구동 모터에서 발생된 회생 전력을 직류로 변환하고, 축전 시스템(1)에 공급한다. 직류 변환되어서 축전 시스템(1)에 공급된 회생 전력은, 급속 충방전 축전 디바이스에 축전된다. 축전 시스템(1)이 회생 전력을 축전함으로써, 감속시에 운동 에너지를 회생할 수 있다.
급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 높기 때문에, 축전 시스템(1)의 충전 수용성이 높다. 예를 들어, 순간적인 회생 전력량이 많아도 급속 충방전 축전 시스템의 온도 상승이 적다. 그 때문에, 역간에서 높은 주행 속도까지의 가속과 그로부터의 감속을 반복하는 전동차(50)에서는 감속시의 회생 전력이 대전류로 될 수 있지만, 축전 시스템(1)은 대전류의 입력에 대응할 수 있다.
에너지 회생에 의해 급속 충방전 축전 디바이스에 축전된 회생 전력은, 그 후 이차 전지에 충전될 수 있다. 상술한 자동차의 경우와 마찬가지로, 보다 용량이 큰 이차 전지에 회생 에너지를 옮겨 급속 충방전 축전 디바이스에 용량의 여유를 마련함으로써, 전동차(50)가 다음에 감속했을 때의 회생 전력을 보다 많이 회수할 수 있다. 급속 충방전 축전 디바이스에 용량의 여유를 확보하기 위해서, 펜타그래프(51)를 통하여 공급되는 전력은, 축전 시스템(1)의 이차 전지에 충전되는 것이 바람직하다.
축전 시스템(1)(급속 충방전 축전 디바이스 및/또는 이차 전지)에 축적된 전력은, 예를 들어 가선(23)이 없는 구간에 있어서 전동차(50)를 주행시키기 위하여 사용할 수 있다. 또한, 기타의 부하, 예를 들어 조명이나 에어컨, 전자 표시 패널 등의 전동차(50)가 내장하는 전자 기기의 전력으로서, 축전 시스템(1)에 축적된 전력을 사용할 수 있다.
기계 설비에 있어서의 축전 시스템의 실시 양태를, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 실시 형태에 따른 축전 시스템을 사용하는 기계 설비로서는, 구동을 위하여 전력원을 요하는 전자 기기나, 가동할 때에 전력원을 요하는 설비를 포함하는 기계 설비를 들 수 있다.
실시 형태에 따른 축전 시스템에 관한 기계 설비, 보다 구체적으로는 의료 기기에 있어서의 실시의 양태 일례로서, 도 6에 X선 발생 장치를 나타내는 회로도를 나타냈다. 도면 중, 60은 X선 발생 장치, 61은 제네레이터(X선 발생기), 62는 중앙 연산 처리 장치(CPU; Central Processing Unit), 1은 축전 시스템, 24는 배전반, R1은 촬영실이다.
X선 발생 장치(60)는, 예를 들어 X선 CT(Computed Tomography) 장치에 포함되어 있는 X선 조사 장치일 수 있다. X선 CT 장치는, 예를 들어 X선 발생 장치(60)와의 유선 또는 무선으로의 신호의 교환이 가능한 X선 검출기를 포함할 수 있다.
CPU(62)는, X선 발생 장치(60)의 동작을 제어한다. 예를 들어, CPU(62)는, X선 발생 장치(60)의 각 부에의 전력의 공급을 제어 및 관리할 수 있다. 또한, CPU(62)는, X선 발생 장치(60)와 X선 검출기의 신호의 교환을 포함하는 X선 CT 장치 전체의 동작을 제어 및 관리할 수 있다.
배전반(24)으로부터 상용 전력이 축전 시스템(1)에 공급된다. 상용 전력은 축전 시스템(1)의 급속 충방전 축전 디바이스, 이차 전지, 또는 급속 충방전 축전 디바이스와 이차 전지 양쪽에 축전된다. 또한, 상용 전력의 일부는, CPU(62)에 공급되어, CPU(62)를 작동시키기 위하여 사용된다. 배전반(24)은, 예를 들어 X선 발생 장치(60)를 구비한 의료 시설 등에 마련되어 있는 배전반일 수 있다.
축전 시스템(1)에 축적된 전력은, 제네레이터(61)에 공급된다. 사용 상황에 따라서 제네레이터(61)가 필요로 하는 전력량이 상이하기 때문에, 제네레이터(61)에의 전력의 공급량은 CPU(62)에 의해 제어된다. 예를 들어, X선 화상의 촬영을 위하여 X선을 발생시킬 때 제네레이터(61)가 소비하는 전력은, 5.5kWs일 수 있다(출력이 80kW인 X선 제네레이터를 사용하고, 110kVA를 50msec 동안 소비한다고 했을 경우). 한편, 예를 들어 X선 화상의 촬영 후, 다음 촬영까지 기다리는 동안의 대기 시간 중에는, 제네레이터(61)가 소비하는 전력이 낮다.
단기간에 많은 전력이 필요할 때, 예를 들어 순간적으로 높은 출력이 필요해지는 X선 발생시는, 급속 충방전 축전 디바이스로부터 제네레이터(61)에 전력이 공급될 수 있다. 급속 충방전 축전 디바이스의 에너지 밀도가 높기 때문에, 순간적인 고출력에 대응할 수 있다. 전력 소비량이 적은 대기 시간 중 등은, 예를 들어 이차 전지로부터 제네레이터(61)에 전력이 공급될 수 있다. X선 화상의 촬영시 등의 고출력에 대비하여 전력의 여축을 확보하기 위해서, 고출력이 필요할 때만 급속 충방전 축전 디바이스에 축적된 전력을 이용하는 것이 바람직하다.
X선 발생 장치(60)는, 예를 들어 제네레이터(61)에서 X선을 발생시킬 때는 많은 전력(예를 들어, 5.5kWs)을 필요로 하지만, 예를 들어 대기 중에는 많은 전력을 요하지 않는다. 즉, 제네레이터(61)를 작동시킬 때만 높은 전력 공급량이 필요하게 될 수 있다. 예를 들어, 대기 중에 배전반으로부터 공급되는 상용 전력을 축전 시스템(1)의 급속 충방전 축전 디바이스에 축전하고, 제네레이터(61)를 작동시킬 때 급속 충방전 축전 디바이스에 축적된 전력을 순간적으로 취출하여 이용할 수 있다. 구체적인 예로서, 제네레이터(61)를 작동시키는 전력량이 5.5kWs이며, 5초마다 1회 작동시켜서 촬영을 행하는 것으로 한다. 급속 충방전 축전 디바이스에1.1kW의 전력을 5초간의 대기 시간 중에 공급하여 축적하면, 촬영 순간에 있어서의 제네레이터(61)의 작동을 조달할 수 있다.
이와 같이, 축전 시스템(1)을 이용함으로써, 배전반(24)으로부터 상시 공급하는 전력을 낮게 억제해도, 제네레이터(61)에 충분한 전력을 공급할 수 있다. 그 때문에, 계약 전력이 X선 발생 장치(60)의 작동에 필요한 최대 전력을 채우지 못하는 경우에도, X선 발생 장치(60)의 작동에 지장을 초래하지 않는다.
X선 발생 장치(60)의 제네레이터(61)와 CPU(62)와 축전 시스템(1)은, 도시한 바와 같이 의료 시설에 있어서의 촬영실(R1) 속에 설치될 수 있다. 혹은, CPU(62) 및 축전 시스템(1) 중 적어도 한쪽은 촬영실(R1) 밖에 설치될 수 있다. 예를 들어, CPU(62) 및/또는 축전 시스템(1)은 촬영실(R1)에 인접하는 전실(도시 생략)에 설치될 수 있다. 또한, 배전반(24)은 도 6에 도시하는 바와 같이 촬영실(R1)의 밖에 설치해도 되고, 혹은 촬영실(R1) 내에 설치해도 된다.
의료 시설은, 제네레이터(61)가 각각에 설치되어 있는 복수의 촬영실(R1)을 구비할 수 있다. 복수의 촬영실(R1)은, 각각에 CPU(62)가 설치되어 있어도 되고, 혹은, 예를 들어 하나의 CPU가 모든 촬영실에 있어서의 동작을 통괄하여 관리하고 있어도 된다. 또한, 복수의 촬영실(R1)은, 각각에 축전 시스템(1)이 마련되어 있어도 되고, 혹은, 예를 들어 하나의 축전 시스템(1)이 복수의 촬영실(R1)에 있어서의 각각의 제네레이터(61)에의 전력 공급을 조달할 수 있는 설계로 해도 된다.
실시 형태에 따른 축전 시스템에 관한 엘리베이터에 있어서의 실시의 양태 일례로서, 도 7에 엘리베이터의 가동을 나타내는 개략도를 나타냈다. 도면 중, 70은 엘리베이터, 71은 카, 72는 균형추, 73은 권상기, 1은 축전 시스템, 25는 상용 전원, 26은 제어반이다.
카(71)와 균형추(72)는, 권상기(73) 및 도르래를 통하여 케이블 등에 의해 접속되어 있다. 예를 들어, 권상기(73)가 케이블을 일방향으로 잡아 당김으로써, 카(71)가 상승함과 함께 균형추(72)가 하강한다. 권상기(73)가 케이블을 반대 방향으로 잡아 당김으로써, 카(71)가 하강함과 함께 균형추(72)가 상승한다.
제어반(26)은 상황에 따라서 상용 전원(25)으로부터 전력을 권상기(73)에 공급한다. 권상기(73)는 공급된 전력을 사용하여 가동되어, 카(71)를 승강시킬 수 있다. 또한, 축전 시스템(1)의 이차 전지 또는 급속 충방전 축전 디바이스에 전기가 고여 있는, 즉 충전이 남아 있을 경우에는, 제어반(26)은 상용 전원(25) 대신 이차 전지 또는 급속 충방전 축전 디바이스로부터 전력을 권상기(73)에 공급할 수 있다. 제어반(26)은 상용 전원(25)과 축전 시스템(1) 양쪽으로부터 동시에 전력을 권상기(73)에 공급할 수도 있다.
균형추(72)는, 예를 들어 카(71)의 탑승원의 인원수가 정원의 절반 정도일 경우에 카(71)와 균형이 잡히도록 설계되어 있다. 탑승원을 포함하는 카(71)의 무게로 균형추(72)의 무게가 거의 동등한 상태에서는, 상용 전원(25) 또는 축전 시스템(1)으로부터 공급된 전력에 의해 권상기(73)가 가동되어, 카(71)를 승강시킬 수 있다.
카(71)에 타는 인원수가 많은 경우에는, 탑승원을 포함하는 카(71)의 무게가 균형추(72)의 무게보다 높아질 수 있다. 이 경우에는, 카(71)를 하강시킬 때 중력을 이용할 수 있고, 카(71)의 하강에 수반하여 케이블이 카(71)측으로 끌린다. 권상기(73)를 케이블이 통과함으로써 권상기(73)가 회전하여 발전한다. 즉, 중력에 의해 카(71)가 하강함으로써 회생 전력이 발생된다.
한편으로, 카(71)에 타는 인원수가 적은 경우에는, 탑승원을 포함하는 카(71)의 무게가 균형추(72)의 무게보다 낮아질 수 있다. 이 경우에는, 카(71)를 상승시킬 때에 균형추(72)에 대한 중력의 작용을 이용할 수 있고, 카(71)의 상승에 수반해 케이블이 균형추(72)측으로 끌린다. 권상기(73)를 케이블이 통과함으로써 권상기(73)가 회전하여 발전한다. 즉, 중력에 의해 균형추(72)가 하강함으로써 회생 전력이 발생된다.
어떠한 경우도, 권상기(73)가 발전한 회생 전력은, 제어반(26)을 통하여 축전 시스템(1)의 급속 충방전 축전 디바이스에 공급된다. 회생 전력은, 급속 충방전 축전 디바이스에 일단 축전된 후, 이차 전지에 공급될 수 있다. 혹은, 급속 충방전 축전 디바이스에 축전된 회생 전력은, 카(71)를 승강시키기 위한 전력으로서 권상기(73)에 공급될 수 있다. 상술한 차량의 예와 마찬가지로, 회수될 수 있는 회생 전력의 양을 많이 유지하기 위해서, 급속 충방전 축전 디바이스의 용량의 여유를 확보하는 것이 바람직하다. 급속 충방전 축전 디바이스에 축전된 회생 전력을 이차 전지 또는 권상기(73)로 이동시킴으로써, 급속 충방전 축전 디바이스의 여유 용량을 확보할 수 있다.
이차 전지에 축적된 회생 전력도, 필요에 따라 권상기(73)에 공급된다. 권상기(73)를 가동시키는 전력의 일부를 급속 충방전 축전 디바이스나 이차 전지에 축적된 회생 전력으로 제공함으로써, 상용 전원(25)로부터의 상용 전력의 사용량을 삭감할 수 있다. 또한, 축전 시스템(1)에 포함되어 있는 이차 전지로서 대용량의 이차 전지를 사용함으로써, 정전 등에 의해 상용 전원(25)으로부터의 전력 공급을 받을 수 없는 사태에 있어서도, 엘리베이터(70)를 가동시킬 수 있다.
실시 형태에 따른 축전 시스템에 관한 로봇에 있어서의 실시의 양태의 일례로서, 도 8에 무인 반송차의 개략도를 나타냈다. 도면 중, 80은 무인 반송차, 81은 충방전 모니터 장치, 82는 충전기, 1은 축전 시스템, 25는 상용 전원이다.
무인 반송차(80)가 충전될 때, 상용 전원(25)으로부터 충전기(82)를 통하여 축전 시스템(1)에 상용 전력이 공급된다. 충전할 때, 충전기(82)와 축전 시스템(1)은, 예를 들어 무인 반송차(80)에 마련되어 있는 외부 단자(도시하지 않음)를 통하여 전기적으로 접속될 수 있다.
충방전 모니터 장치(81)는 축전 시스템(1)의 충전 상태(SOC)를 감시한다. 충방전 모니터 장치(81)는 축전 시스템(1) 전체로서의 충전 상태를 감시할 수 있다. 혹은, 충방전 모니터 장치(81)는 축전 시스템(1)에 포함되어 있는 급속 충방전 축전 디바이스의 각 셀의 충전 상태, 및 축전 시스템(1)에 포함되어 있는 이차 전지의 각 셀의 충전 상태를 감시할 수 있다. 또한, 전기적으로 접속된 복수의 급속 충방전 축전 디바이스 전체의 충전 상태, 즉 급속 충방전 축전 디바이스 군의 충전 상태, 그리고 전기적으로 접속된 복수의 이차 전지 전체의 충전 상태, 즉 이차 전지 군의 충전 상태를 감시할 수 있다.
또한, 충방전 모니터 장치(81)는 축전 시스템(1)에 있어서의 이상 상태의 유무를 감시한다. 이상 상태는, 예를 들어 급속 충방전 축전 디바이스나 이차 전지의 과충전, 과방전, 과도한 온도 상승 등을 포함할 수 있다.
충방전 모니터 장치(81)는, 예를 들어 축전 시스템(1)에 있어서의 이차 전지의 충전 상태가 소정값을 하회한 것을 검지하면, 도시하지 않은 제어 시스템에 신호를 송신한다. 제어 시스템은, 무인 반송차(80)에 구비되어 있어도 되고, 혹은, 무인 반송차(80)의 외부에 구비되어 있어도 된다. 신호는, 유선 또는 무선에 의해 제어 시스템에 송신될 수 있다.
이차 전지의 충전 상태가 소정값을 하회하였음을 연락하는 신호를 수신한 제어 시스템은, 충전의 지시를 무인 반송차에 전달할 수 있다. 지시는, 유선 또는 무선에 의해 전달될 수 있다. 지시를 수령한 무인 반송차는, 예를 들어 필요에 따라 충전기(82)와 축전 시스템(1)을 전기적으로 접속시킬 수 있는 소정 위치까지 이동하여 충전을 개시한다.
충전시, 축전 시스템(1)에 포함되어 있는 이차 전지, 급속 충방전 축전 디바이스, 또는 이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스 양쪽에 동시에 상용 전력이 입력될 수 있다. 다음 이유로, 이차 전지를 충전하고 나서 급속 충방전 축전 디바이스를 충전하는 것이 바람직하다.
상용 전원(25)으로부터 공급되는 전류량이 불안정하여 서지 전류가 발생되고, 축전 시스템(1)에 대전류가 공급되는 경우가 있다. 서지 전류가 발생된 것을, 예를 들어 충방전 모니터 장치(81) 또는 충전기(82)가 포함하는 제어 회로(도시하지 않음)가 검지한 경우에, 전류가 급속 충방전 축전 디바이스에 입력되도록 제어를 행한다. 급속 충방전 축전 디바이스는, 에너지 밀도가 높고 전력의 수용성이 높기 때문에, 서지 전류에 안전하게 대응할 수 있다. 예를 들어, 큰 서지 전류를 입력해도, 급속 충방전 축전 디바이스의 온도 상승이 억제되기 때문에, 가열에 의한 무인 반송차(80)의 부재의 손상 등이 발생되기 어렵다. 전류가 안정된 후, 급속 충방전 축전 디바이스에 일단 축적된 전력을 이차 전지에 충전하고, 급속 충방전 축전 디바이스의 용량을 열어 둠으로써, 다시 서지 전류의 발생에 대처할 수 있다.
충방전 모니터 장치(81)는, 예를 들어 축전 시스템(1)이 만충전 상태로 된 것을 검지하면, 제어 시스템에 신호를 송신한다. 축전 시스템(1)의 만충전 상태는, 예를 들어 이차 전지가 만충전된 상태, 또는, 이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스 양쪽이 만충전된 상태일 수 있다. 제어 시스템은, 상황에 따라, 무인 반송차에 운전 개시의 명령을 발할 수 있다.
축전 시스템(1)에 있어서 대용량의 이차 전지를 사용함으로써 충전을 필요로 하는 횟수를 적게 할 수 있다. 충전의 횟수를 적게 함으로써 충전기(82)와 축전 시스템(1)을 전기적으로 접속시키는 것이 가능한 위치에 무인 반송차(80)가 오고 가는 횟수를 삭감할 수 있고, 작업 효율을 개선할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태에 따른 축전 시스템을 탑재한 차량, 전자 기기, 기계 설비는 회생 에너지를 효율적으로 축전할 수 있다. 또한, 순간적인 방전에 대응할 수 있기 때문에, 최대 전력보다도 계약 전력을 낮출 수 있다.
(실시예)
(실시예 1 내지 5, 비교예 1)
급속 충방전 축전 디바이스를 이하와 같이 제작하였다.
·부극층 재료: 산화 텅스텐 분말 WO2.72(입경 2㎛), 도전 보조제(입경 0.03㎛의 아세틸렌 블랙), PVDF 바인더
·정극층 재료: LiCoO2 분말(입경 5㎛) 도전 보조제(입경 0.03㎛의 아세틸렌 블랙), PVDF 바인더
·정극측 전극 기재, 부극측 전극 기재: 알루미늄박(두께 15㎛), 또는 카본 코팅 알루미늄박(두께 15㎛)
·세퍼레이터: 폴리프로필렌(두께 25㎛)
·전해액: EC/DEC(1/1vol％) 1M LiPF6
이들을 사용하여, 표 1 및 표 2에 나타낸 시료 1 내지 3, 5 내지 6에 관한 급속 충방전 축전 디바이스를 제작하였다.
또한, 시료 4는 기존의 Li 이온 캐패시터로 하였다.
Figure 112021047686615-pat00001
Figure 112021047686615-pat00002
급속 충방전 축전 디바이스로서의 라미네이트 셀을 제작할 때, 복수의 부극과 복수의 정극을 사이에 세퍼레이터를 배치하여 교대로 적층시켰다. 표 1에 나타내는 대향 전극 총 면적은, 부극과 정극이 대향하고 있는 부분의 면적의 합계이다. 표 1에 나타내는 기타의 전극 설계, 즉 전극층의 두께, 밀도 및 공극률, 전극 기재, 및 산화 텅스텐 분말의 중량 A와 도전 보조제의 중량 B의 중량비 B/A는, 시료마다 부극과 정극에서 일치시켰다. 예를 들어, 시료(1)에 대해서는, 부극층의 두께와 정극층의 두께 모두 16㎛로 하였다.
시료 1, 2, 4의 전극(부극 및 정극)을 제작할 때, 프레스를 실시하지 않았다. 시료 3, 5, 6의 전극(부극 및 정극)을 제작할 때는, 프레스를 실시하고, 전극 밀도를 높였다.
또한, 전극 밀도는, 다음과 같이 하여 측정하였다. 우선, 적층시킨 복수의 전극 중, 임의의 3층을 발출하여 측정 대상의 전극을 얻었다. 기재(알루미늄박 등)을 포함한 전극의 중량을 측정하였다. 또한, 기재를 포함한 전극의 치수(면적 및 두께)를 측정하고, 체적을 구하였다. 얻어진 값으로부터, 기재의 중량과 체적을 각각 빼서, 전극층만의 중량 및 체적을 산출하였다. 전극층의 중량을 체적으로 제산함으로써, 전극 밀도(기재 포함하지 않음)를 구하였다.
또한, 전극층(부극층 및 정극층)의 공극률은, 다음과 같이 하여 측정하였다. 전극층에 있어서의 가로 방향 20㎛×두께의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscope)을 사용하여 관찰(20000배)하여, 포어(공극)의 면적을 측정하였다. 또한, 포어는 콘트라스트의 차로 판별할 수 있다. 또한, 일시야로 측정할 수 없을 때는 복수회로 나누어서 측정하였다.
표 2에 나타낸 파워 밀도(중량 및 체적의 양단위), 에너지 밀도, 셀 중량, 셀 체적 및 내부 저항은, 먼저 설명한 방법으로 측정하였다. 1 셀 평균 전압은, 소정 전압 범위에 있어서 1C로 방전시켰을 때의 평균 전압을 측정한 것이다. 예를 들어, 급속 충방전 축전 디바이스 시료(1)의 경우에는, 셀을 1.5V 이상 2.5V 이하의 전압 범위에 있어서 1C로 방전시켰을 때에 측정된 평균 전압을 나타낸다.
이어서, 이차 전지로서 납 전지를 준비하였다. 이차 전지는, 평균 전압 12V, 파워 밀도 100W/kg, 에너지 밀도 30Wh/kg, 중량 10kg, 용적 5.7L인 것이다.
상기 급속 충방전 축전 디바이스 시료 1 내지 6과 이차 전지를 병렬로 조합하여 실시예 1 내지 5, 비교예 1에 따른 축전 시스템을 제작하였다. 조합 조건은 표 3에 나타낸 바와 같다. 또한, 축전 시스템의 셀 중량은, 급속 충방전 축전 디바이스의 셀 중량과 이차 전지의 셀 중량을 합계한 값이다.
또한, 축전 시스템의 용적은, 급속 충방전 축전 디바이스의 셀 용적과 이차 전지의 셀 용적을 합계한 값이다.
축전 시스템 전체로서의 중량 파워 밀도와 에너지 밀도를, 다음과 같이 산출하였다. 축전 시스템의 중량 파워 밀도 PS=(급속 충방전 축전 디바이스의 중량 파워 밀도×직렬수에 따른 셀 총중량+이차 전지의 중량 파워 밀도×직렬수에 따른 셀 총중량)/(급속 충방전 축전 디바이스의 셀 총중량+이차 전지의 셀 총중량). 또한, 축전 시스템의 중량 에너지 밀도 ES=(급속 충방전 축전 디바이스의 중량 에너지 밀도×직렬수에 따른 셀 총중량+이차 전지의 중량 에너지 밀도×직렬수에 따른 셀 총중량)/(급속 충방전 축전 디바이스의 셀 총중량+이차 전지의 셀 총중량).
구체예로서, 실시예 1에 대하여 설명한다. 실시예 1에서는, 시료 1(파워 밀도 7000W/kg, 에너지 밀도 22.6Wh/kg)을 6개 직렬로 접속하였다. 그 때의 셀 중량은 0.54kg으로 된다. 납 전지(파워 밀도 100W/kg, 에너지 밀도 30Wh/kg)의 중량은 10kg이다. 이 때문에, 축전 시스템의 중량 WS는 0.54+10=10.54kg으로 된다. 축전 시스템의 파워 밀도는 (7000W/kg×0.54kg+100W/kg×10kg)/10.54kg=454W/kg으로 된다.
또한, 축전 시스템의 셀 중량에 대한 축전 시스템의 에너지 밀도 비 ES/WS를 산출하였다.
Figure 112021047686615-pat00003
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 따른 축전 시스템은, 파워 밀도, 에너지 밀도가 높았다. 또한, 비교예 1과 비교하여 셀의 중량도 경량화할 수 있다.
게다가, 실시예에 따른 축전 시스템은, 비교예 1과 비교하여 소형화도 되어 있다.
이어서, 3kW(=24V×125A), 5kW(=24V×208A), 10kW(=24V×416A)의 전력을 10초간 인가했을 때의 온도 상승을 측정하였다. 측정은 도 4에 도시한 바와 같이, 얼터네이터→급속 충방전 축전 디바이스→DC-DC 컨버터→이차 전지로 접속하여 행하였다.
인가된 전력 3kW, 5kW, 10kW는, 얼터네이터의 출력에 준한 것이다. 또한, 10초의 인가 시간은, 전기 자동차의 감속 시간을 상정한 것이다.
온도 상승의 측정 결과를 표 4에 나타냈다. 구체적으로는, 축전 시스템의 상온으로부터 상승된 온도를 나타냈다.
Figure 112021047686615-pat00004
표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 따른 축전 시스템은 온도 상승이 억제되어 있다. 얼터네이터의 출력이 5kW 이상 시에, 실시예와 비교예의 온도 상승의 차가 현저하였다. 얼터네이터의 출력은, 차량의 속도가 25km/h 이상일 때에 5kW 이상으로 될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 축전 시스템에서는, 25km/h 이상의 속도에서도 회생 에너지의 축전을 할 수 있었다. 이에 의해 축전 효율이 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예에 따른 축전 시스템에서는, 얼터네이터의 출력이 5kW 이상일 때의 온도 상승이 억제되어 있기 때문에, 비교예와 비교하면 냉각 기구를 가동시키는 빈도를 저감시킬 수 있다. 그 때문에, 차량에 있어서의 전력 효율을 높일 수 있다.
(실시예 1A 내지 5A, 비교예 1A)
또한, 이차 전지로서 Li 이온 이차 전지를 준비하였다. Li 이온 이차 전지는 평균 전압 3.6V, 파워 밀도 3400W/kg(약 6500W/L), 에너지 밀도 75Wh/kg(약 140Wh/L), 중량 0.25kg, 체적 0.13L인 것을 3 직렬로 하였다. (0.75kg, 0.39L)
납 전지 대신 Li 이온 이차 전지를 사용하여, 표 5에 나타낸 조합 조건에서 실시예 1A 내지 5A, 비교예 1A에 따른 축전 시스템을 제작하였다.
Figure 112021047686615-pat00005
이차 전지를 납 전지로부터 Li 이온 이차 전지로 바꿈으로써, 축전 시스템의 파워 밀도 PS, 에너지 밀도 ES가 커졌다. 이것은 이차 전지를 경량인 것으로 바꾸었기 때문이다.
실시예 1과 동일 조건의 측정을 행하고, 실시예 1A 내지 5A, 비교예 1A에 있어서의 급속 충방전 축전 디바이스의 온도 상승을 측정하였다. 결과를 표 6에 나타내었다.
Figure 112021047686615-pat00006
축전 시스템의 이차 전지의 종류를 변경해도, 마찬가지의 결과가 얻어졌다. 이렇게, 축전 시스템에 있어서, 다양한 이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스를 유닛화할 수 있음을 알았다.
이상에서 설명한 적어도 하나의 실시 형태 및 실시예에 의하면, 파워 밀도가 7000W/kg 미만인 이차 전지와, 파워 밀도가 7000W/kg 이상인 급속 충방전 축전 디바이스를 포함하는 축전 시스템이 제공된다. 이 축전 시스템은, 순간적인 고출력에 대응하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 예시했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 기타의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경 등을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형예는, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시 형태는, 서로 조합하여 실시할 수 있다.

Claims (13)

  1. 이차 전지와 급속 충방전 축전 디바이스를 구비하는 축전 시스템에 있어서, 이차 전지의 파워 밀도가 7000W/kg 미만, 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 7000W/kg 이상이고, 상기 이차 전지의 에너지 밀도가 30Wh/kg 이상이고, 상기 이차 전지의 셀과 상기 급속 충방전 축전 디바이스의 셀의 중량의 합계 중량을 상기 축전 시스템의 셀 중량 WS라 했을 때, 상기 축전 시스템의 에너지 밀도ES와 상기 축전 시스템의 셀 중량 WS의 비 ES/WS가 2.80 이상이고, 상기 급속 충방전 축전 디바이스는, 산화 텅스텐 분말 및 도전 재료를 함유하는 부극층과 리튬 복합 산화물을 포함하는 정극층을 구비하고, 상기 산화 텅스텐 분말의 평균 입경을 C (㎛), 상기 도전 재료의 평균 입경을 D (㎛)라 했을 때, C > D인, 축전 시스템.
  2. 파워 밀도가 7000W/kg 미만이고, 에너지 밀도가 30Wh/kg 이상인 이차 전지와,
    산화 텅스텐 분말 및 도전 재료를 함유하는 부극층과 리튬 복합 산화물을 포함하는 정극층을 구비하는 라미네이트 셀을 갖고, 파워 밀도가 7000W/kg 이상인 급속 충방전 축전 디바이스를 구비하는 축전 시스템에 있어서,
    상기 이차 전지의 셀과 상기 급속 충방전 축전 디바이스의 셀의 중량의 합계 중량을 상기 축전 시스템의 셀 중량 WS라 했을 때, 상기 축전 시스템의 에너지 밀도ES와 상기 축전 시스템의 셀 중량 WS의 비 ES/WS가 2.80 이상이고, 상기 산화 텅스텐 분말의 평균 입경을 C (㎛), 상기 도전 재료의 평균 입경을 D (㎛)라 했을 때, C > D인, 축전 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 9000W/kg 이상인 축전 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 급속 충방전 축전 디바이스의 파워 밀도가 10000W/L 이상인 축전 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 급속 충방전 축전 디바이스의 에너지 밀도가 27.4Wh/kg 이하인, 축전 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산화 텅스텐 분말의 중량을 A(g), 도전 재료의 중량을 B(g)라 했을 때, 0.01≤B/A≤0.3의 범위인 축전 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전 재료는, 카본 분말을 포함하는 축전 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 급속 충방전 축전 디바이스의 내부 저항이 10Ω·cm2 이하인 축전 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 축전 시스템을 구비하는 차량.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 축전 시스템에 회생 에너지를 축전하는 차량.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 차량의 이동 속도가 25km/h 이상일 때에도, 상기 축전 시스템에 회생 에너지를 축전할 수 있는 차량.
  12. 제1항 또는 제2항에 기재된 축전 시스템을 구비하는 기계 설비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기계 설비가 엘리베이터, 크레인, 로봇, 의료 기기 및 공작 기계로부터 선택되는 어느 한 종류인 기계 설비.
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