WO2015108111A1 - ハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体 - Google Patents

ハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid storage battery including a water storage battery and an organic solvent storage battery, and a hybrid power storage device, a power generation unit, a power network system, and a traveling body using the same.
  • Patent Document 1 discloses a hybrid storage battery that combines a lead storage battery that is an aqueous storage battery and a lithium ion storage battery that is an organic solvent storage battery as the above-described storage battery, and the hybrid storage battery is charged beyond full charge. It has been disclosed that when this is done, surplus energy due to charging is consumed by causing a water splitting reaction in the lead storage battery, and the lithium ion storage battery is prevented from being overcharged.
  • a lithium ion storage battery which is an organic solvent storage battery, is designed in advance to have an uncharged surplus capacity in preparation for input of regenerative power, and an expensive lithium ion storage battery (lithium ion storage battery)
  • an expensive lithium ion storage battery lithium ion storage battery
  • the utilization rate of the single cell is low and the battery cost is high.
  • the lithium ion storage battery may generate heat or burst, causing a problem in safety.
  • a first object of the present invention is to provide a hybrid storage battery that solves the above-described problems of the prior art and is inexpensive and safe, and a hybrid power storage device, a power storage unit, a power network system, and a traveling body that use the hybrid storage battery. It is in.
  • the second object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and from a central control room to a large number of medium-sized or small-sized power storage systems that are already connected to the power grid, and / or individual control (
  • An object of the present invention is to provide a hybrid power storage device that can be used as a device group, a power generation unit including the hybrid power storage device, and a power network system including the power storage device group described above.
  • a third object of the present invention is to provide a small hybrid storage battery for idling stop which is effective in improving the fuel efficiency of a traveling body such as an automobile, and a traveling body equipped with the same.
  • a first aspect of the present invention is a hybrid storage battery configured by connecting one or a plurality of virtual batteries in series, wherein the virtual battery is a single battery.
  • a first aqueous storage battery comprising a cell or a plurality of cells
  • a second aqueous storage battery comprising a single cell or a plurality of cells different from the first aqueous storage battery
  • an organic solvent storage battery comprising a single cell or a plurality of cells in parallel
  • the overcharge voltage of the organic solvent storage battery is higher than the water decomposition voltage of the first water storage battery and the water decomposition voltage of the second water storage battery
  • the average discharge voltage of the second water storage battery is
  • the hybrid storage battery is characterized in that it is higher than the average discharge voltage of the organic solvent storage battery, and the average discharge voltage of the organic solvent storage battery is higher than the average discharge voltage of the first aqueous storage battery.
  • the first aqueous storage battery is a lead storage battery
  • the second aqueous storage battery is a nickel hydride storage battery or a nickel cadmium storage battery
  • the organic solvent storage battery is a lithium ion storage battery.
  • the organic solvent storage battery constituting the organic solvent storage battery has an average discharge voltage of 2.8V to 3.5V
  • the organic solvent storage battery is a series of four organic solvent storage battery cells connected in series.
  • a plurality of organic solvent-based storage battery single cells are connected in parallel to form an organic solvent-based parallel cell group, and four organic solvent-based parallel cell groups are connected in series.
  • Six cells of the first water storage battery constituting the water storage battery are connected in series
  • the second water storage battery is formed by connecting 10 cells of the second water storage battery single cells constituting the second water storage battery in series. It is preferable.
  • the organic solvent storage battery constituting the organic solvent storage battery has an average discharge voltage of 2.2 V to 3.5 V, and the organic solvent storage battery is composed of four or five organic solvent storage battery cells in series.
  • the storage battery is obtained by connecting six first water storage battery single cells constituting the first water storage battery in series, and the second water storage battery is the second water storage battery single cell forming the second water storage battery. It is preferable that 11 cells are connected in series.
  • the positive electrode of the organic solvent storage battery includes at least one of lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium cobalt oxide, and lithium manganese oxide
  • the negative electrode of the organic solvent storage battery Preferably contains at least one of a carbon-based material and lithium titanium oxide, and contains at least one of silicon, silicon oxide, and silicon alloy as the negative electrode active material.
  • the voltage of the virtual battery becomes 9.6 V or less, when the voltage of the virtual battery becomes 15.5 V or more, when the temperature of the virtual battery becomes higher than the preset dangerous temperature, or when the preset current It is preferable to further include a current cut-off circuit that cuts off the connection with the external circuit in order to prevent a charge current or a discharge current from flowing through the external circuit when an overcurrent exceeding the value flows.
  • the current cutoff circuit further includes a cutoff switch for cutting off the connection with the external circuit.
  • the current interrupt circuit further interrupts the charging current or the discharging current based on an instruction from the outside.
  • the virtual battery is preferably operated in the range of 8.0V to 16.8V, the charge voltage of the virtual battery is preferably 15.5V or less, and the minimum discharge voltage of the virtual battery is 8.8V.
  • the maximum charging voltage is preferably 14.5V.
  • the power conditioner further controls charging or discharging, and the power conditioner has a charging voltage of the virtual battery of 13.7 V or more and 14.5 V or less, or 20% to the second aqueous storage battery. It is preferable to control the charging voltage so that the above uncharged capacity remains.
  • a second aspect of the present invention is a hybrid storage battery configured by connecting one or more virtual batteries in series, wherein the virtual battery is A series of lithium ion storage batteries with an average discharge voltage of 2.8 V to 3.5 V and a series of lithium ion storage batteries with 4 or more parallel cells and one or more parallel cells
  • a 12V class lead acid battery and a parallel assembled battery are:
  • the current breaker circuit is connected in parallel via the current breaker circuit, and the current breaker circuit is used when the voltage of the parallel assembled battery deviates from a preset voltage range, when the temperature of the parallel assembled battery exceeds a preset dangerous temperature, or
  • the parallel assembled battery and the 12V class lead storage battery Provided is a hybrid storage battery characterized in that the connection is cut off.
  • a third aspect of the present invention is a hybrid storage battery configured by connecting one or more virtual batteries in series, wherein the virtual battery is A lithium ion storage battery having an average discharge voltage of 2.2 V to 3.5 V, the number of cells in series being 4 or 5 cells, and the number of parallel cells being 1 or more, and a nickel metal hydride storage battery Nickel hydride storage battery with 11 cells in series and 1 or more parallel cells, or nickel cadmium storage battery with 11 cells in series of single cadmium storage battery cells and 1 or more parallel cells A 12V class lead acid battery connected in parallel with one or more, and a current interrupting circuit.
  • the virtual battery is A lithium ion storage battery having an average discharge voltage of 2.2 V to 3.5 V, the number of cells in series being 4 or 5 cells, and the number of parallel cells being 1 or more, and a nickel metal hydride storage battery Nickel hydride storage battery with 11 cells in series and 1 or more parallel cells, or nickel cadmium storage battery with 11 cells in series of single cadmium storage battery cells
  • the battery pack is connected in parallel via a current interrupt circuit, and the current interrupt circuit is configured such that when the voltage of the parallel battery pack deviates from a preset voltage range, the temperature of the battery pack exceeds the preset dangerous temperature.
  • the current interrupt circuit is configured such that when the voltage of the parallel battery pack deviates from a preset voltage range, the temperature of the battery pack exceeds the preset dangerous temperature.
  • the positive electrode of the lithium ion storage battery includes at least one of lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium cobalt oxide, and lithium manganese oxide.
  • the negative electrode of the lithium ion storage battery preferably includes at least one of a carbon-based material and lithium titanium oxide, and preferably includes at least one of silicon, silicon oxide, and silicon alloy as the negative electrode active material.
  • the 12V class lead acid battery is preferably a lead acid battery mounted on the traveling body.
  • the parallel assembled battery is preferably installed in a place other than the engine room of the traveling body.
  • the current interrupt circuit can manually interrupt the current.
  • a fourth aspect of the present invention provides a hybrid power storage device comprising the hybrid storage battery and the current interrupt device of the first aspect.
  • a fifth aspect of the present invention provides a power generation and storage unit comprising the hybrid power storage device and the power generation device of the fourth aspect.
  • a sixth aspect of the present invention is a power line that interconnects a plurality of hybrid power storage devices of the fourth aspect or the power generation storage unit of the fifth aspect and a plurality of hybrid power storage devices or power generation units.
  • a power network system is provided.
  • the current interrupting device shuts off the connection between the hybrid storage battery and the power line, or charges or discharges the hybrid storage battery based on an instruction from the outside.
  • the seventh aspect of the present invention provides a traveling body equipped with the hybrid storage battery according to the first, second or third aspect.
  • the lead storage battery which is the first aqueous storage battery can be used in a region where the charging rate is high, the life performance and the reliability performance can be improved.
  • the nickel hydride storage battery or the nickel cadmium storage battery, which is the second water storage battery is kept at a shallow charging rate, so that it is not affected by the memory effect, and when the regenerative current flows, the charging capacity is secured, Even when excessive charging is performed, overcharge energy can be safely discharged out of the system as heat by the gas absorption reaction. Further, since the aqueous battery is discharged at a low temperature, excellent low temperature characteristics can be obtained.
  • the hybrid storage battery of the present invention also has a leveling function that absorbs short-term fluctuations in the external circuit, a peak cut function that supplies power to the external circuit during peak power demand, and matches the peak power generation capacity with the peak power demand.
  • a peak shift function for storing power a load leveling function for storing cheap electric power at night and using it during the day, and an emergency power supply function for supplying power in an emergency such as a power failure.
  • a large number of medium-sized or small-sized power storage systems that exist in a form connected to the power grid can be collectively and / or individually controlled (connection to the power grid, charging and discharging) from the central control room.
  • the remote control type current interrupting device it is possible to provide an inexpensive power network system including a power storage device group that functions as a large storage battery although being distributed.
  • the regenerative power acceptance performance is very excellent, the drive of the alternator by the engine can be reduced, so that the fuel consumption of a traveling body such as an automobile can be greatly improved.
  • FIG. 10A is a block diagram showing an overall configuration of a second aqueous storage battery used in the hybrid storage battery according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 10B shows an organic structure used in the hybrid storage battery according to Embodiment 5 of the present invention.
  • It is a block diagram which shows the structure of a solvent type storage battery.
  • a hybrid storage battery according to the present invention and a hybrid power storage device, a power generation and storage unit, a power network system, and a traveling body using the same will be described below in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the hybrid storage battery according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the hybrid storage battery according to Embodiment 1 of the present invention includes a hybrid storage battery body 1, a current interrupt circuit 3 that is sequentially connected from the hybrid storage battery body 1, and a power conditioner 4.
  • the hybrid storage battery body 1 is connected to an external circuit 5 via a current interrupt circuit 3 and a power conditioner 4.
  • the hybrid storage battery body 1 is configured by connecting one or more 12V class virtual batteries 2 in series. Details of the virtual battery 2 will be described later.
  • the 12V class virtual battery 2 constituting the hybrid battery main body 1 includes a 12V class lead storage battery LRU (Lowest Replaceable Unit) 11 which is a first water-based storage battery, and a first 12V class nickel metal hydride storage battery LRU12, which is a second aqueous storage battery different from the other water storage battery, and a 12V class lithium ion storage battery LRU13, which is an organic solvent storage battery, are connected in parallel.
  • a 12V class nickel hydride storage battery LRU12 a 12V class nickel cadmium storage battery LRU may be used.
  • the 12V-class lead storage battery LRU11 is, for example, a lead battery ECT-40B194 manufactured by GS-YUSAS (registered trademark), and has a nominal capacity of 12V-27Ah.
  • the nickel metal hydride storage battery LRU12 is a series of 10 nickel hydride storage battery cells 22 connected in series, for example, a 12V-10Ah battery in which 10 cylindrical 10Ah cells made of FDK (registered trademark) are connected in series. .
  • 12V class lithium ion storage battery LRU13 is a lithium ion configured by connecting in parallel 20 cells of 1.35 Ah 18650 type lithium ion storage battery 23 using LiFePO 4 as a positive electrode active material (27.0 Ah in total). Four parallel cell groups 24 are connected in series. That is, in the 12V class lithium ion storage battery LRU13, internal single cells are connected on a matrix. The average discharge voltage of the lithium ion storage battery single cell 23 is 2.8 to 3.5V.
  • the virtual battery 2 is composed of three independent LRUs as described above, even if one or two of these are removed, the remaining LRUs conduct current and maintain voltage. So-called hot swap is possible, in which part of the LRU is replaced while the hybrid storage battery body 1 is in operation.
  • the current interruption circuit 3 is configured by, for example, a semiconductor switch that interrupts the circuit and a control unit that issues an interruption instruction to the semiconductor switch, and the control unit configures the hybrid storage battery body 1 via a voltage sensor (not shown), for example.
  • a voltage sensor not shown
  • Each of the virtual batteries 2 is monitored, and when the voltage of at least one virtual battery 2 becomes 8.0 V or less, or when it becomes 16.8 V or more, a shut-off instruction is issued to the semiconductor switch, and the hybrid storage battery
  • the connection between the main body 1 and the external circuit 5 is cut off, and the current flowing between them is cut off. That is, the voltage at which forcible cutoff occurs is 8.0V for the low voltage limit and 16.8V for the high voltage limit. In addition, 9.6V and 15.5V are more preferable.
  • the current interrupt circuit 3 is not limited to the above-described voltage value.
  • the control unit monitors the virtual battery 2 via a temperature sensor (not shown) or a current sensor (not shown), and at least one virtual battery.
  • a temperature sensor not shown
  • a current sensor not shown
  • the current interruption circuit 3 prevents the hybrid storage battery body 1 from being damaged by interrupting the inflow of overcurrent from the external circuit 5 and the like, and also prevents the overcurrent inflow to the external circuit 5 and the like from This prevents damage to the circuit 5 and the like.
  • the current cutoff circuit 3 includes a cutoff switch (not shown), and can manually and forcibly cut off the connection between the hybrid storage battery body 1 and the external circuit 5 for maintenance of the hybrid storage battery body.
  • the power conditioner 4 has a bidirectional inverter function that enables bidirectional exchange of electric power between the hybrid storage battery body 1 and the external circuit 5, charging to the hybrid storage battery body 1, and from the hybrid storage battery body 1 to the external circuit 5. It has a DCDC conversion function that adjusts the current and voltage to be optimal for power supply. For example, when the external circuit 5 is an AC circuit, the DC output from the hybrid storage battery body 1 is converted into an AC output corresponding to the external circuit 5 when discharging from the hybrid storage battery body 1, and the hybrid storage battery body When charging 1, the AC input from the external circuit 5 is converted into a DC input corresponding to the hybrid storage battery body 1. For example, DCDC conversion is performed when the charging voltage of the hybrid storage battery main body 1 and the supply voltage from the external circuit 5 are different. That is, the power conditioner 4 has input / output terminals such as an AC output terminal (AC100-220V, single phase, three phase), a DC output terminal, and a charging terminal from the AC (input terminal: AC plug). .
  • AC output terminal AC100-2
  • the power conditioner 4 has a charging voltage control function for float charging from the external circuit 5 to the hybrid storage battery body 1.
  • the power conditioner 4 charges the hybrid storage battery body 1 with a specified voltage, for example, 13.7V.
  • the specified charging voltage is desirably 14.5 V at maximum. This is to ensure a sufficient marginal charging capacity (uncharged capacity) for the second aqueous storage battery.
  • the nickel hydride storage battery LRU12 which is the second water-based storage battery has an uncharged capacity of about 20%. That is, the second water storage battery starts to be charged at around 13.7 V when charged at a low current, and approaches full charge at around 14.5 V when charged for a long time. Therefore, it is desirable that the above-mentioned virtual battery is charged at 13.7 V or more and 14.5 V or less so that the second battery can secure an uncharged capacity.
  • the charging current has a specified maximum value.
  • This current value is desirably 5C or less of an organic solvent battery (C: represents the charge / discharge current of the secondary battery) or less.
  • the power conditioner 4 manages the discharge voltage of the hybrid storage battery main body 1 so that it does not become a specified voltage or less.
  • the specified voltage is preferably 10.5 V or higher so that the lead storage battery LRU11 does not receive deep discharge. That is, the power conditioner 4 manages charging / discharging so that the hybrid storage battery main body 1 is operated in the range of 10.5V to 14.5V.
  • the external circuit 5 is a supply destination of power from the hybrid storage battery body 1 or a supply source of power to the hybrid storage battery body 1, and is not limited to the circuit itself.
  • the well-known electrical equipment etc. can be considered.
  • FIG. 3 is a graph showing the charging characteristics of the 12V class virtual battery 2 shown in FIG. 2, with the voltage between terminals of the 12V class virtual battery 2 charged on the vertical axis and the charge capacity on the horizontal axis. It is. As shown in FIG. 3, the charging characteristics of the 12V class virtual battery 2 are divided into four regions A to D.
  • a region A in which the voltage between the terminals of the virtual battery 2 is 9.5V to 13.0V is a region mainly showing a charge capacity of the lead storage battery LRU11.
  • the lead storage battery LRU11 is mainly charged.
  • the In the area A 26% of the charging capacity of the virtual battery 2 is charged, and the breakdown is 19% of the lead storage battery, 4% of the lithium ion storage battery, and 2% of the nickel metal hydride storage battery.
  • a region B in which the voltage between the terminals of the virtual battery 2 is 13.0 V to 13.5 V is a region mainly indicating a charging capacity of the lithium ion storage battery LRU13.
  • the charging of the lithium ion storage battery LRU13 is mainly performed. Is made.
  • the breakdown is 27% of the lithium ion storage battery, 7% of the lead storage battery, and 4% of the nickel metal hydride storage battery.
  • a region C in which the voltage between the terminals of the virtual battery 2 is 13.5 V to 14.5 V is a region that mainly indicates the charge capacity of the nickel hydride storage battery LRU12.
  • the charge of the nickel hydride storage battery LRU12 is mainly performed. Is made.
  • the breakdown is 20% for the nickel hydride storage battery, 4% for the lead storage battery, and 1% for the lithium ion storage battery.
  • a region D in which the inter-terminal voltage of the virtual battery 2 is 14.5 V to 15.0 V is an overcharge region, and the charging energy is a water splitting reaction in the lead storage battery LRU11 and the nickel hydride storage battery LRU12 of the virtual battery 2 ( Consumed by gas absorption reaction).
  • the gas absorption reaction mainly occurs in the nickel metal hydride storage battery 12.
  • the flat part of the graph indicates that a gas absorption reaction is occurring in the above-described water-based storage battery, and the part where the graph rapidly rises is the case when charging continues with a large current for a long time. Indicates that the battery voltage rises rapidly beyond the limit of the gas absorption reaction.
  • FIG. 4 is a graph showing the discharge characteristics of the 12V class virtual battery 2 shown in FIG. 2, with the voltage between terminals of the 12V class virtual battery 2 charged on the vertical axis and the discharge capacity on the horizontal axis. It is. As shown in FIG. 4, the discharge characteristics of the 12V class virtual battery 2 are divided into three regions E to G.
  • the region E where the discharge voltage of the virtual battery 2 is 13.0 V or more is a region mainly showing the discharge capacity of the nickel-metal hydride storage battery LRU12, and the virtual battery 2 is mainly discharged from the nickel-metal hydride storage battery LRU12.
  • the region E is a region for overcharge protection, and the charge rate is kept shallow to prepare for the inflow of a large current such as an overcurrent and to prevent the memory effect of the nickel metal hydride storage battery LRU12.
  • a region F in which the discharge voltage of the virtual battery 2 is 12.0V to 13.0V is a region mainly showing a discharge capacity of the lithium ion storage battery LRU13, and the virtual battery 2 is mainly discharged from the lithium ion storage battery LRU13.
  • the region F is a region for cycle charge / discharge, and the lithium ion storage battery LRU13 is used in a cycle by taking advantage of its long life.
  • the region G where the discharge voltage of the virtual battery 2 is 12.0 V or less is a region mainly showing the discharge capacity of the lead storage battery LRU11, and the virtual battery 2 is mainly discharged from the lead storage battery 11.
  • the region G is used only for discharge at an extremely low temperature or in an emergency, and the lead storage battery LRU11 is normally kept at a shallow depth of discharge.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing charge / discharge voltage ranges of the lead storage battery LRU11, the lithium ion storage battery LRU13, and the nickel metal hydride storage battery LRU12 constituting the virtual battery 2 in the 12V class virtual battery 2 shown in FIG. is there.
  • the 12V class virtual battery 2 has a maximum voltage of 15.5V, an overcharge protection voltage of 14.5V, a float charge voltage of 13.7V, a discharge end voltage of 12.0V in a normal cycle, The complete discharge end voltage is 10.5V, and the minimum voltage is 9.6V.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing charge / discharge voltage ranges of the lead storage battery LRU11, the lithium ion storage battery LRU13, and the nickel metal hydride storage battery LRU12 constituting the virtual battery 2 in the 12V class virtual battery 2 shown in FIG. is there.
  • the 12V class virtual battery 2 has a maximum voltage of 15.5V, an overcharge protection voltage of 14.5V, a float charge voltage of 13.7
  • the lithium-ion battery LRU 12 causes a lithium ion storage battery to be used.
  • the LRU 13 can be prevented from being overcharged, the memory effect can be prevented by keeping the charging rate of the nickel hydride storage battery LRU 12 shallow, and the lead storage battery LRU 11 can prevent the lithium ion storage battery LRU 13 from being overdischarged,
  • discharge is possible, and in order to keep the discharge depth of the lead-acid battery LRU11 shallow, the life of the lead-acid battery LRU11 is extended, thereby maintaining the cycle performance of the virtual battery 2, that is, the hybrid battery, and the hybrid The life of the storage battery can be extended.
  • the hybrid storage battery body 1 for example, an alternating current from the external circuit 5 is converted into a direct current by the power conditioner 4, and is float-charged at a constant voltage of 13.7V.
  • the current interrupt circuit 3 is used when the maximum voltage 15.5V is exceeded or the minimum voltage 9.6V is exceeded in order to prevent overcharge or overdischarge.
  • the connection between the storage battery body 1 and the external circuit 5 is cut off. Since the hybrid storage battery main body 1 is float-charged at 13.7 V, the fully charged state is maintained in the lead storage battery LRU11 constituting the virtual battery 2 of the hybrid storage battery main body 1. Therefore, the life of the lead storage battery LRU11 is extended. Can be planned. Further, when an abnormal overcurrent flows, the current interruption circuit 3 can prevent the hybrid storage battery body 1 from being damaged by breaking the connection with the external circuit 5 side.
  • the nickel metal hydride storage battery LRU12 constituting the virtual battery 2 of the hybrid storage battery body 1 is very shallowly charged, the memory effect can be avoided, and since the nickel metal hydride storage battery 12 is kept at a shallowly charged state, When an overcurrent is input, the influence can be absorbed by the nickel metal hydride storage battery LRU12. Therefore, it is not necessary to connect a high-accuracy current interrupting circuit or the like, and the current interrupting circuit 3 and these control circuits can be made inexpensive.
  • the lithium ion storage battery LRU13 which comprises the virtual battery 2 of the hybrid storage battery main body 1 can be fully charged by float charge, and the surplus energy in float charge is hydrolyzed in the lead storage battery 11 and the nickel metal hydride storage battery 12 which are aqueous storage batteries. Since it is absorbed by the reaction occurring, the lithium ion storage battery LRU13 is not overcharged.
  • the hybrid storage battery body 1 supplies power to the external circuit 5 via the power conditioner 4.
  • the discharge of the virtual battery 2 of the hybrid storage battery main body 1 uses 10.5 V as a lower limit voltage for normal use, and stops discharge at 12.0 V in cycle use (repeated use).
  • cycle use by stopping the discharge at 12.0 V, the discharge depth of the lithium ion storage battery LRU13 is made shallower, and the discharge depth of the lead storage battery LRU11 is made extremely shallow so that the cycle of the virtual battery 2 of the hybrid storage battery body 1 The performance can be maintained and the life can be extended.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a power generation and storage unit according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the power generation and storage unit 20 according to the second embodiment includes the above-described hybrid storage battery body 1, solar power generation connected to the hybrid storage battery body 1 via the current interrupt circuit 3 and the power conditioner 4.
  • Device 6 and is connected to an external power network 30 via a power conditioner 4 and a current interrupt device 7.
  • the hybrid storage battery main body 1, the current interruption circuit 3, and the power conditioner 4 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the solar power generation device 6 is installed on the roof of a building or the like, and generates, for example, about 10-70 kW by receiving sunlight.
  • the current interrupt device 7 has a function similar to that of the current interrupt circuit 3 and disconnects the connection between the power generation and storage unit 20 and an external power network according to a predetermined condition such as an overcurrent or an overvoltage. By preventing the inflow of overcurrent from 30 or the outflow of overcurrent to the external power network 30, damage to the hybrid storage battery or the like is prevented. Moreover, the electric current interruption apparatus 7 may interrupt
  • the power network 30 is a power supply destination of the solar power generation device 6 or the hybrid storage battery body 1, and is a power supply source of the building and the hybrid storage battery body 1.
  • the power generated by the solar power generation device 6 is supplied to the hybrid storage battery body 1 by the power conditioner 4, and , And supplied to an external power network 30.
  • the power conditioner 4 When supplied to the hybrid storage battery main body 1, the power conditioner 4 performs float charging at 13.7V, for example.
  • the power conditioner 4 converts a direct current from the solar power generation device 6 into an alternating current and supplies the alternating current to the external power network 30.
  • the current interrupting device 7 disconnects the connection between the power generation and storage unit 20 and the external power network 30.
  • power may be supplied from the hybrid storage battery body 1 to the external power network 30.
  • a direct current from the hybrid storage battery body 1 is converted into an alternating current by the power conditioner 4 and supplied to the power network 30.
  • the hybrid storage battery main body 1 may supply electric power to an electric device or the like inside a building (not shown).
  • a direct current from the hybrid storage battery main body 1 is converted into an alternating current by an inverter (or power conditioner 4) not shown, and supplied to an electric device or the like inside a building not shown.
  • the hybrid storage battery body 1 of the power generation and storage unit 20 may be charged from the external power network 30.
  • an alternating current from the power network 30 is converted into a direct current by the power conditioner 4 and supplied to the hybrid storage battery body 1.
  • the power generation and storage unit 20 according to the second embodiment can store peak power, night shift, and load leveling effects by storing inexpensive power at night.
  • the power generation and storage unit 20 according to the second embodiment functions as an emergency power supply that supplies power in an emergency such as a power failure.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a power network system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a megawatt hour (MWh) class large power storage device 40 is installed in a public facility such as an elementary school, and these are interconnected by a main power line 50, and a large power storage device of several kWh class 40, an ultra-small power storage device 41 possessed by a general household in the area, a small power storage device of several tens of kWh class possessed by factories, offices, etc., and a medium-sized power storage device possessed by several hundred kWh classes possessed by hospitals, hotels, etc.
  • a power network system 60 composed of distributed storage batteries and having a so-called web structure such as the Internet is constructed.
  • Each of large power storage device 40, ultra-small power storage device 41, small power storage device 42, and medium power storage device 43 blocks the hybrid storage battery according to the first embodiment and the exchange of power between hybrid storage battery and main power line 50.
  • a current interruption device 7 (which constitutes the hybrid power storage device of the present invention).
  • the power generation and storage unit 20 according to the second embodiment includes the hybrid storage battery and the current interrupt device 7 according to the first embodiment of the present invention (that is, includes the hybrid power storage device of the present invention).
  • Power storage devices 40 to 43 may be configured by the power generation unit according to the second embodiment.
  • the power grid system 60 is connected to the large power storage device (public facility, etc.) 40 in normal times and in an emergency by storing inexpensive power at night in the large power storage device 40 and performing solar power generation or the like.
  • Electric power is supplied to an ultra-small power storage device (such as a general household) 41, a small power storage device (such as a factory / office) 42, a medium-sized power storage device (hospital / hotel) 43, and the like.
  • the current interrupt device 7 included in each of the large power storage device 40, the ultra small power storage device 41, the small power storage device 42, and the medium power storage device 43 may be operated by an external command based on a common protocol, for example. Good.
  • a distributed power storage device network (a power network system including distributed storage batteries) can function as one huge power storage device based on a command from a central control room or the like.
  • the power network system 60 performs power generation peak shift and peak cut in each region by generating power in the large power storage device 40, storing inexpensive power at night, etc. Leveling effect can be obtained. It can also be used as an emergency power supply that supplies power in the event of an emergency such as a power outage.
  • the hybrid storage battery which concerns on this invention may be utilized for the idle stop of a motor vehicle (running body).
  • the hybrid storage battery according to Embodiment 4 of the present invention is, for example, a 2-cell lithium ion storage battery single cell (LiFePO 4 positive 26650 type 2.3Ah cell) 123 made in parallel.
  • a nickel metal hydride storage battery LRU112 in which 10 FDK nickel hydride storage battery cells (cylindrical 10.0 Ah cells) 122 are connected in series to a lithium ion storage battery LRU113 configured by connecting and connecting four cells in series.
  • a parallel assembled battery 101 configured by connecting in parallel is connected in parallel with, for example, an existing Hitachi (registered trademark) 42 Ah lead storage battery LRU 111 provided in the engine room of the automobile via a current interrupt circuit 103. Consists of. In addition, you may increase / decrease the number of parallel connection of the lithium ion storage battery single cell 123 according to the desired characteristic of a hybrid storage battery. In this example, a 12V class hybrid battery for idle stop is shown, but a 48V class battery is also possible.
  • a DD converter when a DD converter is interposed between a 12V on-board lead battery and a 48V “hybrid storage battery of lithium ion storage battery and nickel metal hydride battery”, the lead battery can be replaced with four small 12V cells without using a DD converter.
  • a 48V class hybrid storage battery is configured by connecting in series.
  • a nickel hydrogen storage battery LRU 112 is provided with a temperature sensor (not shown), and a lithium ion storage battery LRU 113 is provided with a voltage sensor (not shown).
  • the temperature sensor and the voltage sensor are connected to the current interrupt circuit 103, the temperature sensor measures the temperature of the nickel metal hydride storage battery LRU 112, and outputs a temperature signal of the measured temperature to the current interrupt circuit 103.
  • the voltage of the lithium ion storage battery LRU 113 is measured, and a voltage signal of the measured voltage is output to the current interrupt circuit 103.
  • the current interruption circuit 103 is the same as the current interruption circuit 3, and acquires the above-described temperature signal and voltage signal, and when the temperature of the nickel-metal hydride storage battery LRU 112 exceeds a predetermined value or becomes abnormally high, or lithium ion
  • the voltage of the storage battery LRU 113 falls below a predetermined value and becomes abnormally low or exceeds a predetermined value and becomes abnormally high, the connection between the parallel assembled battery 101 and the existing lead storage battery LRU 111 is cut off, The battery pack 101 is protected.
  • the hybrid storage battery according to Embodiment 4 of the present invention has a large capacity and excellent charge acceptance performance, so that the automobile uses surplus kinetic energy derived when decelerating or going down a hill. It is only necessary to start a generator (such as an alternator or an electric motor reversely rotating), and it is almost unnecessary to consume gasoline and turn a generator or an alternator, which is very effective in improving the fuel consumption of an automobile. Moreover, since the lithium ion storage battery LRU113 and the nickel metal hydride storage battery LRU112 dislike high temperatures, it is necessary to store them in a place other than the engine room, for example, under the seat of an automobile, under the floor, in the trunk room, or in the instrument panel around the steering wheel. is there.
  • a nickel hydride storage battery LRU212 shown in FIG. 10A may be connected.
  • nickel hydride storage battery LRU212 is mentioned as a 2nd water-system storage battery, you may use a nickel cadmium storage battery instead of a nickel hydride storage battery.
  • the number of series-connected lithium ion storage batteries that are organic solvent storage batteries may be changed.
  • a larger capacity lithium ion storage battery LRU213 shown in FIG. 10B may be connected.
  • the lithium ion storage battery LRU 213 is obtained by connecting five lithium ion storage battery single cells 223 or lithium ion parallel cell groups 224 in series.
  • lithium ion storage battery LRU213 shown in FIG. 10B may be connected instead of lithium ion storage battery LRU113 of parallel assembled battery 101 of Embodiment 4 shown in FIG.
  • the average discharge voltage of the lithium ion storage battery single cell 223 is 2.2 to 3.5V. What is necessary is just to adjust suitably the serial connection number of a lithium ion storage battery single cell or a lithium ion parallel cell group according to each average discharge voltage of the lead storage battery and nickel hydride storage battery which are connected in parallel with the lithium ion storage battery LRU. In either case, a hybrid storage battery corresponding to a large current can be configured.
  • the positive electrode of the lithium ion storage battery used for the hybrid storage battery according to the present invention is at least one of lithium nickel oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium cobalt oxide, and lithium manganese oxide.
  • the negative electrode of the lithium ion storage battery includes at least one of a carbon-based material and lithium titanium oxide, and includes at least one of silicon, silicon oxide, and silicon alloy as the negative electrode active material.
  • the hybrid storage battery according to the present invention is used for a traveling body such as an automobile as described above, the regenerative electric power from the traveling body such as an automobile is obtained by configuring the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion storage battery with the above-described materials. Large power can be absorbed without abnormal heat generation.
  • the hybrid storage battery according to the first embodiment of the present invention is configured by combining a plurality of lead storage batteries LRU11, nickel metal hydride storage batteries LRU12, and lithium ion storage batteries LRU13.
  • the hybrid storage battery body 1 composed of 10 virtual batteries 2 is considered to be about 230 kg, it is preferable to include a portable mechanism 70 for movement including an outer case and wheels as shown in FIG. .
  • the portable mechanism 70 may be easily removed from the hybrid storage battery itself, the virtual battery 2 constituting the hybrid storage battery, and each battery constituting the virtual battery 2.
  • the hybrid storage battery can be transported separately to each constituent battery.
  • the portable mechanism 70 is not limited to the above-mentioned exterior case and wheel, For example, you may provide the hook for suspending a hybrid storage battery. By including the portable mechanism, the hybrid storage battery can be smoothly moved and replaced.
  • the lead storage battery LRU11 that is the first aqueous storage battery and the nickel hydride storage battery LRU12 that is the second aqueous storage battery are configured by connecting the single cells in series.
  • the lithium ion storage battery LRU13 which is an organic solvent storage battery
  • parallel cells are formed by connecting single cells in parallel
  • these lead storage batteries and nickel are connected by connecting parallel cells in series.
  • the configuration of the above-described portable mechanism and the above-described configuration of the parallel cell group can be similarly applied not only to the first embodiment of the present invention but also to the hybrid storage batteries according to the fourth and fifth embodiments. .
  • the electric power generation and storage unit 20 of the second embodiment includes the solar power generation device 6, these are not limited to the solar power generation device, and depending on the installation environment such as a wind power generation device, a solar thermal power generation device, and a geothermal power generation device. Various known power generators can be used.
  • the hybrid storage battery of this invention does not need to be provided with the hybrid storage battery main body 1, the electric current interruption circuit 3, and the power conditioner 4 like the hybrid storage battery which concerns on Embodiment 1,
  • the hybrid storage battery main body 1 It may be comprised only from the hybrid storage battery main body 1 and the electric current interruption circuit 3.
  • hybrid storage battery of the present invention and the hybrid power storage device, the power generation and storage unit, the power network system, and the traveling body that use the hybrid storage battery have been described in detail.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention Various improvements and changes may be made without departing from the gist of the invention.
  • the lead storage battery which is the first water storage battery can be used in a region with a high charging rate, the life performance and the reliability performance can be improved.
  • the nickel hydride storage battery or the nickel cadmium storage battery, which is the second water storage battery is kept at a shallow charging rate, so that it is not affected by the memory effect, and when the regenerative current flows, the charging capacity is secured, Even when excessive charging is performed, overcharge energy can be safely discharged out of the system as heat by the gas absorption reaction.
  • the aqueous battery discharges at low temperatures, excellent low temperature characteristics can be obtained, which is industrially useful.
  • the hybrid storage battery of the present invention also has a leveling function that absorbs short-term fluctuations in the external circuit, a peak cut function that supplies power to the external circuit during peak power demand, and matches the peak power generation capacity with the peak power demand. Therefore, the present invention is industrially useful because it has a peak shift function for storing power, a load leveling function for storing cheap electric power at night and using it in the daytime, and an emergency power supply function for supplying power in an emergency such as a power failure.
  • a large number of medium-sized or small-sized power storage systems that exist in a form connected to the power grid can be collectively and / or individually controlled (connection to the power grid, charging and discharging) from the central control room.
  • the remote control type current interrupting device By providing the remote control type current interrupting device, it is industrially useful because a power network system including a power storage device group that functions as a large storage battery, although distributed, can be provided at low cost. Further, according to the present invention, since the regenerative power acceptance performance is very excellent, the drive of the alternator by the engine can be reduced, so the fuel consumption of a traveling body such as an automobile can be greatly improved. , Industrially useful.
  • 1 Hybrid storage battery body 2 Virtual battery, 3, 103 Current interruption circuit, 4 Power conditioner, 5 External circuit, 6 Solar power generation device, 7 Current interruption device, 11, 111 Lead storage battery LRU, 12, 112, 212 Nickel hydrogen Storage battery LRU, 13, 113, 213 Lithium ion storage battery LRU, 20 Power storage unit, 21 Lead storage battery single cell, 22, 122, 222 Nickel hydrogen storage battery single cell, 23, 123, 223 Lithium ion storage battery single cell, 24, 224 Lithium Ion parallel cell group, 30 power network, 40 large power storage device, 41 ultra-small power storage device, 42 small power storage device, 43 medium power storage device, 50 core power line, 60 power network system, 70 portable mechanism, 101 Column battery pack.

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Abstract

　ハイブリッド蓄電池は、共に単セルまたは複数セルからなり互いに種類の異なる第１および第２の水系蓄電池と、単セルまたは複数セルからなる有機溶媒系蓄電池とを並列接続し、有機溶媒系蓄電池の過充電電圧を、第１及び第２の水系蓄電池の水分解電圧よりも高くし、有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧を、第２の水系蓄電池の平均放電電圧より低くし、かつ第１の水系蓄電池の平均放電電圧よりも高くした仮想電池を１個または複数個直列接続して構成され、安価で小型で長寿命である。ハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システム、および走行体は、このハイブリッド蓄電池を利用する。

Description

ハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体
　本発明は、水系蓄電池と有機溶媒系蓄電池とからなるハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体に関するものである。
　従来から、消費電力のピークカットおよびピークシフトを進めるために、また、災害等の非常時における給電のため、蓄電池およびそれを利用した電力網システム等が検討されている。
　また、特許文献１には、上述の蓄電池として水系蓄電池である鉛蓄電池と有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池とを組み合わせたハイブリッド蓄電池が開示されており、ハイブリッド蓄電池が満充電を超えて充電がなされた際に、鉛蓄電池において水分解反応が起こることで充電による余剰エネルギが消費され、リチウムイオン蓄電池が過充電に至ることを防ぐ旨が開示されている。
国際公開第２０１３／０５４７９５号
　特許文献１のハイブリッド蓄電池では、回生電力の入力に備えて、予め有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池に未充電の余裕容量を持たせる設計を行っており、高価なリチウムイオン蓄電池（リチウムイオン蓄電池単セル）の利用率が低くなり、電池コストが高いという問題があった。また、想定以上の回生電力が流入して、余裕容量を超過してしまうと、リチウムイオン蓄電池が発熱、破裂する場合があり、安全性においても問題があった。
　次に、再生可能エネルギの導入にともなう電力網の不安定化を防止するために、また、夜間電力の利用による電力網負荷の平準化などのために、大型の蓄電池を電力網に備えることが検討されている。しかし、このような大規模蓄電池を設置するためには、大規模なインフラ投資が必要であり、電力コストをあげてしまうという欠点があった。
　本発明の第１の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、安価で、かつ安全なハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体を提供することにある。
　また、本発明の第２の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、すでに電力網に接続する形で存在する多数の中型または小型蓄電システムに中央制御室から一括および／または個別のコントロール（電力網との接続、充電、放電のコントロール）が可能な遠隔制御型電流遮断装置を設け、分散型であるが全体として大きな蓄電池として機能する蓄電装置群に用いることができるハイブリッド蓄電池、このような蓄電装置群として用いることができるハイブリッド蓄電装置、およびこれを備える発蓄電ユニット、並びに上述の蓄電装置群を備えた電力網システムを提供することにある。
　また、本発明の第３の目的は、自動車等の走行体の燃費改善に効果のあるアイドルストップ用の小型ハイブリッド蓄電池、およびこれを搭載した走行体を提供することにある。
　上記第１～第３の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、仮想電池を１個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、仮想電池は、単セルまたは複数セルからなる第１の水系蓄電池と、第１の水系蓄電池と種類の異なる単セルまたは複数セルからなる第２の水系蓄電池と、単セルまたは複数セルからなる有機溶媒系蓄電池とを並列接続することで構成され、有機溶媒系蓄電池の過充電電圧は、第１の水系蓄電池の水分解電圧および第２の水系蓄電池の水分解電圧よりも高く、第２の水系蓄電池の平均放電電圧は、有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧よりも高く、有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧は、第１の水系蓄電池の平均放電電圧よりも高いことを特徴とするハイブリッド蓄電池を提供する。
　ここで、第１の水系蓄電池は鉛蓄電池であり、第２の水系蓄電池はニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池であり、有機溶媒系蓄電池はリチウムイオン蓄電池であることが好ましい。
　また、有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．８Ｖ～３．５Ｖであり、有機溶媒系蓄電池は、有機溶媒系蓄電池単セルを４セル直列接続したもの、または、有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、有機溶媒系並列セル群を４セル直列接続したものであり、第１の水系蓄電池は、第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、第２の水系蓄電池は、第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１０セル直列接続したものであることが好ましい。
　また、有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．２Ｖ～３．５Ｖであり、有機溶媒系蓄電池は、有機溶媒系蓄電池単セルを４セルもしくは５セル直列接続したもの、または、有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、有機溶媒系並列セル群を４セルもしくは５セル直列接続したものであり、第１の水系蓄電池は、第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、第２の水系蓄電池は、第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１１セル直列接続したものであることが好ましい。
　また、有機溶媒系蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、有機溶媒系蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことが好ましい。
　また、仮想電池の電圧が９．６Ｖ以下となった場合、仮想電池の電圧が１５．５Ｖ以上となった場合、仮想電池の温度が予め設定した危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、外部回路に充電電流または放電電流が流れることを防止するために外部回路との接続を遮断する電流遮断回路を更に備えることが好ましい。
　また、電流遮断回路は、外部回路との接続を遮断する遮断スイッチを更に備えることが好ましい。
　また、電流遮断回路は、更に、外部からの指示に基づいて充電電流または放電電流を遮断することが好ましい。
　また、仮想電池は、８．０Ｖ～１６．８Ｖの範囲で動作されることが好ましく、仮想電池の充電電圧は、１５．５Ｖ以下であることが好ましく、仮想電池の最低放電電圧は８．８Ｖであり、最大充電電圧は１４．５Ｖであることが好ましい。
　また、移動のための可搬機構を更に備えることが好ましい。
　また、充電または放電を制御するパワーコンディショナを更に有し、パワーコンディショナは、仮想電池の充電電圧が１３．７Ｖ以上１４．５Ｖ以下となるように、または、第２の水系蓄電池に２０％以上の未充電容量が残るように充電電圧を制御することが好ましい。
　また、上記第１～第３の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、仮想電池を１個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、仮想電池は、平均放電電圧が２．８Ｖ～３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、１もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、１２Ｖ級鉛蓄電池と、並列組電池とは、電流遮断回路を介して並列接続され、電流遮断回路は、並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池を提供する。
　また、上記第１～第３の目的を達成するために、本発明の第３の態様は、仮想電池を１個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、仮想電池は、平均放電電圧が２．２Ｖ～３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セル、または５セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、１もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、１２Ｖ級鉛蓄電池と、並列組電池とは、電流遮断回路を介して並列接続され、電流遮断回路は、並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池を提供する。
　上記第２または第３の態様において、リチウムイオン蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、リチウムイオン蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことが好ましい。
　また、１２Ｖ級鉛蓄電池は、走行体に搭載された鉛蓄電池であることが好ましい。
　また、並列組電池は、走行体のエンジンルーム以外の場所に設置されることが好ましい。
　また、電流遮断回路は、手動により電流遮断が可能であることが好ましい。
　また、本発明の第４の態様は、上記第１の態様のハイブリッド蓄電池と電流遮断装置とを備えることを特徴とするハイブリッド蓄電装置を提供する。
　また、本発明の第５の態様は、上記第４の態様のハイブリッド蓄電装置と発電装置とを備えることを特徴とする発蓄電ユニットを提供する。
　また、本発明の第６の態様は、複数の上記第４の態様のハイブリッド蓄電装置または上記第５の態様の発蓄電ユニットと、複数のハイブリッド蓄電装置または発蓄電ユニットを相互に接続する電力ラインとを備えることを特徴とする電力網システムを提供する。
　上記第６の態様において、電流遮断装置は、外部からの指示に基づいてハイブリッド蓄電池と電力ラインとの接続の遮断、またはハイブリッド蓄電池の充電もしくは放電を行うことが好ましい。
　また、本発明の第７の態様は、上記第１、第２または第３の態様のハイブリッド蓄電池を搭載した走行体を提供する。
　本発明によれば、第１の水系蓄電池である鉛蓄電池を充電率の高い領域で使用できるため、寿命性能、信頼性能を向上することができる。また、第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池を浅い充電率に保つため、メモリー効果の影響を受けることがなく、また、回生電流が流入した際に充電容量を確保するとともに、過大な充電が行われた場合にも、ガス吸収反応によって過充電エネルギを熱として系外に安全に排出できる。また、低温時においては水系電池が放電するので、優れた低温特性が得られる。
　また、本発明のハイブリッド蓄電池は、外部回路の短周期の変動を吸収する平準化機能、電力のピーク需要時に電力を外部回路に供給するピークカット機能、発電能力のピークと電力需要のピークをマッチさせるピークシフト機能、夜間の安価な電力を貯蔵して昼間に使用するロードレベリング機能、および停電などの非常時に電力を供給する非常用電源機能を有する。
　また、本発明によれば、電力網に接続する形で存在する多数の中型または小型蓄電システムに中央制御室から一括および／または個別のコントロール（電力網との接続、充電、放電のコントロール）が可能な遠隔制御型電流遮断装置を設けることにより、分散型であるが全体として大きな蓄電池として機能する蓄電装置群を備えた電力網システムを安価に提供できる。
　また、本発明によれば、回生電力の受け入れ性能が非常に優れているため、エンジンによるオルタネータの駆動を減少させることができるので、自動車等の走行体の燃費を大幅に改善することができる。
本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池およびその接続構成を示すブロック図である。 図１のハイブリッド蓄電池を構成する仮想電池を示すブロック図である。 図２に示す仮想電池の充電特性を示すグラフである。 図２に示す仮想電池の放電特性を示すグラフである。 図２に示す仮想電池を構成する各蓄電池の充放電電圧の範囲を模式的に示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係るハイブリッド蓄電池を備える発蓄電ユニットの一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る電力網システムの一例を示す模式図である。 可搬機構を備える本発明のハイブリッド蓄電池の外観図である。 本発明の実施の形態４に係るハイブリッド蓄電池の全体構成を示す模式図である。 図１０Ａは、本発明の実施の形態５に係るハイブリッド蓄電池に用いる第２の水系蓄電池の全体構成を示すブロック図であり、図１０Ｂは、本発明の実施の形態５に係るハイブリッド蓄電池に用いる有機溶媒系蓄電池の構成を示すブロック図である。
　本発明に係るハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池は、ハイブリッド蓄電池本体１と、ハイブリッド蓄電池本体１から順次接続される電流遮断回路３と、パワーコンディショナ４とを備える。
　ハイブリッド蓄電池本体１は、電流遮断回路３と、パワーコンディショナ４とを介して外部回路５に接続される。また、ハイブリッド蓄電池本体１は、１２Ｖ級の仮想電池２を１個または複数個直列接続することで構成される。なお、仮想電池２の詳細は後述する。
　ハイブリッド蓄電池本体１を構成する１２Ｖ級の仮想電池２は、図２に示すように第１の水系蓄電池である１２Ｖ級の鉛蓄電池ＬＲＵ（Ｌｏｗｅｓｔ　Ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ　Ｕｎｉｔ：最小取替可能ユニット）１１と、第１の水系蓄電池と異なる第２の水系蓄電池である１２Ｖ級のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２と、有機溶媒系蓄電池である１２Ｖ級のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３とを並列接続することで構成される。なお、１２Ｖ級のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の代わりに１２Ｖ級のニッケルカドミウム蓄電池ＬＲＵを用いてもよい。
　１２Ｖ級の鉛蓄電池ＬＲＵ１１は、例えば、ＧＳ－ＹＵＡＳＡ（登録商標）製の鉛電池ＥＣＴ－４０Ｂ１９４であり、１２Ｖ－２７Ａｈの公称容量を有する。また、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２は、ニッケル水素蓄電池単セル２２を１０セル直列接続したものであり、例えば、ＦＤＫ（登録商標）製の円筒型１０Ａｈセルを１０個直列接続した１２Ｖ－１０Ａｈの電池である。
　また、１２Ｖ級のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３は、ＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質に用いた１．３５Ａｈの１８６５０型リチウムイオン蓄電池単セル２３を２０セル並列接続する（合計２７．０Ａｈ）ことで構成したリチウムイオン並列セル群２４を、４セル直列接続したものである。つまり、１２Ｖ級のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３は、内部の単セルがマトリクス上に接続されている。また、リチウムイオン蓄電池単セル２３の平均放電電圧は、２．８～３．５Ｖである。
　なお、仮想電池２は、上述のとおり、３つの独立したＬＲＵから構成されているため、これらのうちの１つまたは２つを取り去ったとしても、残りのＬＲＵが電流通過や電圧維持を行うため、ハイブリッド蓄電池本体１を稼働させながら一部のＬＲＵを取り変える、いわゆるホットスワップが可能である。
　電流遮断回路３は、例えば、回路を遮断する半導体スイッチと、半導体スイッチに遮断指示を出す制御部とによって構成され、制御部は、例えば、図示しない電圧センサを介してハイブリッド蓄電池本体１を構成する仮想電池２をそれぞれ監視しており、少なくとも１つの仮想電池２の電圧が８．０Ｖ以下となった場合、または、１６．８Ｖ以上となった場合に、半導体スイッチへ遮断指示を出してハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を遮断し、これらの間を流れる電流を遮断する。すなわち、強制遮断が起こる電圧は、低電圧限界が８．０Ｖ、高電圧限界が１６．８Ｖである。なお、より好ましくは９．６Ｖおよび１５．５Ｖが好ましい。また、電流遮断回路３は、上述の電圧の値に限定されず、例えば、制御部が図示しない温度センサまたは図示しない電流センサを介して仮想電池２をそれぞれ監視しており、少なくとも１つの仮想電池２の温度が７１℃以上となった場合、または、予め設定した限界電流以上の電流（過電流）が流れた場合に、半導体スイッチへ遮断指示を出してハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を遮断してもよい。
　電流遮断回路３は、外部回路５等からの過電流の流入を遮断することで、ハイブリッド蓄電池本体１の損傷を防ぎ、また、外部回路５等への過電流の流入を遮断することで、外部回路５等の損傷を防ぐものである。なお、電流遮断回路３は、図示しない遮断スイッチを有し、ハイブリッド蓄電池本体のメンテナス等のために、ハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を手動で強制的に遮断させることもできる。
　パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との間で電力の双方向のやりとりを可能とする双方向インバータ機能や、ハイブリッド蓄電池本体１への充電やハイブリッド蓄電池本体１から外部回路５への給電に最適な電流・電圧に調整を行うＤＣＤＣ変換機能などを有するものである。例えば、外部回路５が交流回路の場合には、ハイブリッド蓄電池本体１からの放電の際に、ハイブリッド蓄電池本体１からのＤＣ出力を外部回路５に対応したＡＣ出力に変換し、また、ハイブリッド蓄電池本体１への充電の際に外部回路５からのＡＣ入力をハイブリッド蓄電池本体１に対応したＤＣ入力に変換する。また、例えば、ハイブリッド蓄電池本体１の充電電圧と外部回路５からの供給電圧とが異なる場合にＤＣＤＣ変換を行う。すなわち、パワーコンディショナ４は、ＡＣ出力端子（ＡＣ１００－２２０Ｖ、単相、３相）、ＤＣ出力端子、ＡＣからの充電端子（入力端子：ＡＣプラグ）などの入出力の端子を有している。
　パワーコンディショナ４は、外部回路５からハイブリッド蓄電池本体１へのフロート充電するための充電電圧の制御機能を備える。
　パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１を規定の電圧、例えば１３．７Ｖで充電する。規定の充電電圧は最大１４．５Ｖが望ましい。これは、第２の水系蓄電池に充分な余裕充電容量（未充電容量）を確保するためである。なお、充分な未充電容量としては、第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２に約２０％の未充電容量があることが好ましい。すなわち、第２の水系蓄電池は、低電流で充電した場合には１３．７Ｖ近傍で充電が始まり、長期の充電を行った場合には１４．５Ｖ近傍で完全充電に近づく。そこで、上述の仮想電池の充電は、１３．７Ｖ以上、１４．５Ｖ以下で行うものとして、第２の水系電池に未充電容量を確保できるようにすることが望ましい。
　また、充電電流は、規定の最大値を有している。この電流値は、有機溶媒系電池の５Ｃ（Ｃ：二次電池の充放電電流の大きさを表す）以下が望ましい。また、パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１の放電電圧が規定電圧以下にならないように管理する。規定電圧としては鉛蓄電池ＬＲＵ１１が深い放電を受けないような１０．５Ｖ以上が望ましい。すなわち、パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１が１０．５Ｖから１４．５Ｖの範囲で運転されるように充放電を管理する。望ましくは、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電深度を浅く保ち、ニッケル水素蓄電池に充分な未充電容量があるような１２．０Ｖ～１４．２Ｖの範囲内で運転するよう管理することが好ましい。
　外部回路５は、ハイブリッド蓄電池本体１からの電力の供給先、またはハイブリッド蓄電池本体１への電力の供給元であり、回路自体に限定されず、発電装置や電気自動車などの電力の授受を行う種々の公知の電気機器等が考えられる。
＜充電特性＞
　図３は、図２に示す１２Ｖ級の仮想電池２の充電特性を示すグラフであり、縦軸に充電される１２Ｖ級の仮想電池２の端子間電圧を、横軸に充電容量をとったものである。
　図３に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２の充電特性は、Ａ～Ｄの４つの領域に分かれる。
　仮想電池２の端子間電圧が、９．５Ｖ～１３．０Ｖである領域Ａは、主として鉛蓄電池ＬＲＵ１１の充電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の充電がなされる。
　領域Ａでは、仮想電池２の充電容量のうち、２６％の充電がなされ、その内訳は、鉛蓄電池１９％、リチウムイオン蓄電池４％、ニッケル水素蓄電池２％である。
　仮想電池２の端子間電圧が、１３．０Ｖ～１３．５Ｖである領域Ｂは、主としてリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の充電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の充電がなされる。
　領域Ｂでは、仮想電池２の充電容量のうち、３９％の充電がなされ、その内訳は、リチウムイオン蓄電池２７％、鉛蓄電池７％、ニッケル水素蓄電池４％である。
　仮想電池２の端子間電圧が、１３．５Ｖ～１４．５Ｖである領域Ｃは、主としてニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の充電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の充電がなされる。
　領域Ｃでは、仮想電池２の充電容量のうち、２５％の充電がなされ、その内訳は、ニッケル水素蓄電池２０％、鉛蓄電池４％、リチウムイオン蓄電池１％である。
　仮想電池２の端子間電圧が、１４．５Ｖ～１５．０Ｖである領域Ｄは、過充電の領域であり、充電エネルギが、仮想電池２の鉛蓄電池ＬＲＵ１１およびニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２において水分解反応（ガス吸収反応）によって消費される。なお、ガス吸収反応は主に、ニッケル水素蓄電池１２において起こる。
　領域Ｄにおいて、グラフの平坦な部分は、上述の水系蓄電池においてガス吸収反応が起こっていることを示し、グラフが急上昇している部分は、長時間にわたって大電流で充電し続けた際に、場合によっては、ガス吸収反応の限界を超えて電池電圧が急上昇することを示す。
＜放電特性＞
　図４は、図２に示す１２Ｖ級の仮想電池２の放電特性を示すグラフであり、縦軸に充電される１２Ｖ級の仮想電池２の端子間電圧を、横軸に放電容量をとったものである。
　図４に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２の放電特性は、Ｅ～Ｇの３つの領域に分かれる。
　仮想電池２の放電電圧が１３．０Ｖ以上である領域Ｅは、主としてニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の放電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主にニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２から放電がなされる。領域Ｅは、過充電保護のための領域であり、過電流などの大電流の流入に備えて、また、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２のメモリー効果を防ぐために、充電率が浅く保たれる。
　仮想電池２の放電電圧が１２．０Ｖ～１３．０Ｖである領域Ｆは、主としてリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の放電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主にリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３から放電がなされる。領域Ｆは、サイクル充放電のための領域であり、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３が、その長寿命性を活かしてサイクル使用される。
　仮想電池２の放電電圧が、１２．０Ｖ以下である領域Ｇは、主として鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に鉛蓄電池１１から放電がなされる。領域Ｇは、極低温時や非常時の放電にのみ使用され、鉛蓄電池ＬＲＵ１１は、通常、放電深度が浅く保たれる。
＜サイクル使用＞
　図５は、図２に示す１２Ｖ級の仮想電池２において、仮想電池２を構成する鉛蓄電池ＬＲＵ１１、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３およびニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２のそれぞれの充放電電圧の範囲を模式的に示すグラフである。図５に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２は、最大電圧を１５．５Ｖ、過充電保護電圧を１４．５Ｖ、フロート充電電圧を１３．７Ｖ、通常サイクルにおける放電終止電圧を１２．０Ｖ、完全放電終止電圧を１０．５Ｖ、最小電圧を９．６Ｖとされる。
　また、図５に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２を、フロート充電電圧を１３．７Ｖとし、放電終止電圧を１２．０Ｖとして、サイクル使用を行うと、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２によって、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の過充電が防止できるとともに、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の充電率を浅く保つことでメモリー効果を防止でき、また、鉛蓄電池ＬＲＵ１１によって、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の過放電が防止できるとともに、極低温時や非常時において、放電が可能となり、また、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電深度を浅く保つため、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の長寿命化を図り、これらによって、仮想電池２、つまり、ハイブリッド蓄電池のサイクル性能の維持とハイブリッド蓄電池の長寿命化を図ることができる。
　次に、本発明のハイブリッド蓄電池の充電時、および放電時の動作を説明する。
＜充電時＞
　ハイブリッド蓄電池本体１は、例えば、外部回路５からの交流電流がパワーコンディショナ４によって直流電流に変換され、定電圧１３．７Ｖでフロート充電がなされる。なお、図５からも明らかなように、電流遮断回路３は、過充電または過放電を防ぐために、最大電圧１５．５Ｖを超えた場合、または、最小電圧９．６Ｖを下回った場合に、ハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を遮断する。
　ハイブリッド蓄電池本体１は、１３．７Ｖでフロート充電されることで、ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２を構成する鉛蓄電池ＬＲＵ１１において満充電の状態が維持されるため、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の長寿命化を図ることができる。また、異常な過電流が流れた場合等に、電流遮断回路３によって、外部回路５側との接続を遮断することでハイブリッド蓄電池本体１の損傷を防ぐことができる。
　ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２を構成するニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２は、非常に浅い充電であるため、メモリー効果を避けることができ、また、ニッケル水素蓄電池１２が浅い充電に保たれるため、異常な過電流が入力された場合に、その影響をニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２によって吸収することができる。そのため、高精度な電流遮断回路等を接続する必要がなく、電流遮断回路３およびこれらの制御回路を安価なものとすることができる。
　また、フロート充電によってハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２を構成するリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３を満充電することができ、フロート充電における余剰エネルギは、水系蓄電池である鉛蓄電池１１およびニッケル水素蓄電池１２において水分解反応が起こることで吸収されるため、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３が過充電されることがない。
＜放電時＞
　ハイブリッド蓄電池本体１は、パワーコンディショナ４を介して外部回路５へ電力を供給する。なお、ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２の放電は１０．５Ｖを通常使用の下限電圧とし、サイクル使用（繰り返し使用）においては、１２．０Ｖで放電を停止する。
　サイクル使用において、１２．０Ｖで放電を停止することで、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の放電深度を浅くし、また、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電深度を極めて浅くして、ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２のサイクル性能の維持と長寿命化とを図ることができる。
（実施の形態２）
　図６は、本発明の実施の形態２に係る発蓄電ユニットを示すブロック図である。
　図６に示すように、実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、上述のハイブリッド蓄電池本体１と、電流遮断回路３およびパワーコンディショナ４を介してハイブリッド蓄電池本体１と接続される太陽光発電装置６とを備え、パワーコンディショナ４と電流遮断装置７とを介して、外部の電力網３０と接続される。
　ハイブリッド蓄電池本体１、電流遮断回路３およびパワーコンディショナ４は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
　また、太陽光発電装置６は、建物の屋上等に設置され、例えば、太陽光を受けて１０－７０ｋＷ程度の発電を行うものである。
　電流遮断装置７は、電流遮断回路３と同様の機能を有するものであり、過電流や過電圧などの所定の条件に応じて発蓄電ユニット２０と外部の電力網との接続を遮断し、外部の電力網３０からの過電流の流入、または外部の電力網３０への過電流の流出を防ぐことで、ハイブリッド蓄電池等の損傷を防ぐものである。また、電流遮断装置７は、外部からの指示に基づいて、発蓄電ユニット２０と外部の電力網３０との接続を遮断してもよい。
　電力網３０は、太陽光発電装置６またはハイブリッド蓄電池本体１の電力供給先であり、また、建物内およびハイブリッド蓄電池本体１の電力供給元である。
　次に、本発明の実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０の動作を説明する。
＜発電時＞
　実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０の太陽光発電装置６によって発電がなされると、太陽光発電装置６によって発電された電力が、パワーコンディショナ４によって、ハイブリッド蓄電池本体１に供給され、また、外部の電力網３０に供給される。
　ハイブリッド蓄電池本体１に供給される場合、パワーコンディショナ４によって、例えば、１３．７Ｖでフロート充電がなされる。また、外部の電力網３０に供給される場合、例えば、パワーコンディショナ４によって太陽光発電装置６からの直流電流が交流電流に変換され外部の電力網３０に供給される。
　なお、太陽光発電装置６からハイブリッド蓄電池本体１へ過電流が流れると、電流遮断回路３によって、ハイブリッド蓄電池本体１と太陽光発電装置６との接続が遮断され、太陽光発電装置６から外部の電力網３０へ過電流が流れると、電流遮断装置７によって、発蓄電ユニット２０と外部の電力網３０との接続が遮断される。
＜給電時＞
　また、ハイブリッド蓄電池本体１から外部の電力網３０へ給電が行われてもよい。例えば、パワーコンディショナ４によってハイブリッド蓄電池本体１からの直流電流が交流電流に変換され、電力網３０へ供給される。なお、ハイブリッド蓄電池本体１から外部へ過電流が流れると、電流遮断回路３によって、ハイブリッド蓄電池本体１と外部との接続が遮断される。
　また、ハイブリッド蓄電池本体１は、図示しない建物内部の電気機器等へ電力を供給してもよい。例えば、ハイブリッド蓄電池本体１からの直流電流が図示しないインバータ（または、パワーコンディショナ４）によって交流電流に変換され、図示しない建物内部の電気機器等へ供給される。
＜外部からの充電＞
　また、外部の電力網３０から発蓄電ユニット２０のハイブリッド蓄電池本体１に対して充電がなされてもよい。例えば、電力網３０からの交流電流が、パワーコンディショナ４によって直流電流とされ、ハイブリッド蓄電池本体１へ供給される。なお、外部の電力網３０からハイブリッド蓄電池本体１へ過電流が流れると、電流遮断装置７によって、ハイブリッド蓄電池と外部の電力網３０との接続が遮断される。
　本実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、夜間の安価な電力を蓄電することで、ピークカット、ピークシフトおよびロードレベリングの効果が得られる。また、実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、停電などの非常時に電力を供給する非常用電源として機能する。
（実施の形態３）
　図７は、本発明の実施の形態３に係る電力網システムの概略構成を説明する説明図である。
　図７に示すように、例えば、小学校などの公共施設に、メガワットアワー（ＭＷｈ）級の大型蓄電装置４０を設置し、これらを基幹電力ライン５０で相互接続するとともに、数ｋＷｈ級の大型蓄電装置４０に対して、その地域の一般家庭などの有する超小型蓄電装置４１、工場・事務所などの有する数十ｋＷｈ級の小型蓄電装置４２、病院・ホテルなどの有する数百ｋＷｈ級の中型蓄電装置４３等をそれぞれ接続することで、分散された蓄電池からなり、インターネットのようないわゆるウェブ構造を有する電力網システム６０を構築する。
　大型蓄電装置４０、超小型蓄電装置４１、小型蓄電装置４２、および中型蓄電装置４３のそれぞれは、実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池と、ハイブリッド蓄電池と基幹電力ライン５０との電力のやりとりを遮断する電流遮断装置７とを備える（本発明のハイブリッド蓄電装置を構成する）。
　なお、実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池と電流遮断装置７とを備えるため（つまり、本発明のハイブリッド蓄電装置を備えるため）、これらの蓄電装置４０～４３は、実施の形態２に係る発蓄電ユニットによって構成されていてもよい。
　電力網システム６０は、大型蓄電装置４０において夜間の安価な電力を貯蔵し、また、太陽光発電等を行うことで、平常時および非常時において、大型蓄電装置（公共施設など）４０に接続された超小型蓄電装置（一般家庭など）４１、小型蓄電装置（工場・事務所など）４２、中型蓄電装置（病院・ホテル）４３等へ電力を供給する。
　また、大型蓄電装置４０、超小型蓄電装置４１、小型蓄電装置４２、および中型蓄電装置４３のそれぞれが備える電流遮断装置７は、例えば、共通のプロトコルに基づいて外部からの命令により作動されてもよい。分散された蓄電装置網（分散された蓄電池からなる電力網システム）が、中央の制御室等からの指令に基づいて、１つの巨大な蓄電装置として機能することができる。
　本発明の実施の形態３に係る電力網システム６０は、大型蓄電装置４０において発電、夜間の安価な電力の貯蔵等を行うことで、各地域において電力消費のピークシフト、ピークカットを進めるとともに、ロードレベリングの効果が得られる。また、停電などの非常時に電力を供給する非常用電源としても利用することができる。
　（実施の形態４）
　なお、本発明に係るハイブリッド蓄電池は、自動車（走行体）のアイドルストップに利用されてもよい。
　図９に示すように、本発明の実施の形態４に係るハイブリッド蓄電池は、例えば、ＳＯＮＹ（登録商標）製リチウムイオン蓄電池単セル（ＬｉＦｅＰＯ４正極の２６６５０型２．３Ａｈセル)１２３を２セル並列接続し、それを４セル直列接続することで構成されるリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３に、例えば、ＦＤＫ製ニッケル水素蓄電池単セル（円筒型１０．０Ａｈセル）１２２を１０セル直列接続したニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２を並列接続することで構成される並列組電池１０１を、電流遮断回路１０３を介して自動車のエンジンルーム内に備えた、例えば、既設の日立（登録商標）製４２Ａｈの鉛蓄電池ＬＲＵ１１１と並列接続することで構成される。なお、ハイブリッド蓄電池の所望の特性に応じてリチウムイオン蓄電池単セル１２３の並列接続数を増減してもよい。
　なお、本例では１２Ｖ級のアイドルストップ用ハイブリッド電池を示したが、４８Ｖ級も可能である。すなわち、１２Ｖの車載の鉛電池と４８Ｖの「リチウムイオン蓄電池とニッケル水素電池のハイブリッド蓄電池」の間にＤＤコンバータを介する場合、また、ＤＤコンバータを使用せずに鉛電池を小型１２Ｖセルの４個直列に接続して４８Ｖ級のハイブリッド蓄電池を構成する場合等がある。
　また、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２には、図示しない温度センサが設置され、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３には、図示しない電圧センサが設置される。温度センサおよび電圧センサは、電流遮断回路１０３に接続され、温度センサは、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２の温度を測定して、測定された温度の温度信号を電流遮断回路１０３へ出力し、電圧センサは、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３の電圧を測定して、測定された電圧の電圧信号を電流遮断回路１０３へ出力する。
　電流遮断回路１０３は、電流遮断回路３と同様のものであり、上述の温度信号および電圧信号を取得し、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２の温度が所定値を超えて異常に高くなった場合、またはリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３の電圧が所定値を下回って異常に低くなった場合もしくは所定値を超えて異常に高くなった場合に、並列組電池１０１と既設の鉛蓄電池ＬＲＵ１１１との間の接続を遮断し、並列組電池１０１を保護するものである。
　なお、本発明の実施の形態４に係るハイブリッド蓄電池は、容量が大きく充電の受け入れ性能も非常に優れているので、自動車は減速時や坂道を下るときなどに派生する余剰の運動エネルギを利用して発電機（オルタネータや電動モータの逆回し等）を起動させれば良く、ガソリンを消費して発電機やオルタネータを回す必要がほとんどなくなり、自動車の燃費改善に非常に効果がある。
　また、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３とニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２とは高温度を嫌うため、エンジンルーム以外の場所、例えば、自動車のシート下、床下、トランクルーム、またはハンドル周辺のインパネ部分などに収納することが必要である。
（実施の形態５）
　本発明に係るハイブリッド蓄電池が、例えば、自動車等の走行体に利用された場合、ハイブリッド蓄電池に回生電流として予期せぬ大電流が流れる場合が想定される。このような場合、第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池の容量が足りないと大電流を吸収できずに発熱してしまう。
　よって、走行体からの回生電流として大電流が想定される場合には、このような大電流にも対応できるように、図２に示した実施の形態１の仮想電池２のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の代わりに、より大容量の図１０Ａに示すニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２を接続してもよい。ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２は、ニッケル水素蓄電池単セル２２２を１１セル直列接続したものであり、例えば、ＦＤＫ製の円筒型１０Ａｈセルを１１個直列接続したものである。
　上述と同様に、図９に示した実施の形態４の並列組電池１０１のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２の代わりに、図１０Ａに示すニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２を接続してもよい。また、第２の水系蓄電池としてニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２を挙げているが、ニッケル水素蓄電池の代わりにニッケルカドミウム蓄電池を用いてもよい。
　また、同様に、有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池の直列接続数を変更してもよい。
　図２に示した実施の形態１の仮想電池２のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の代わりに、より大容量の図１０Ｂに示すリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ２１３を接続してもよい。リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ２１３は、リチウムイオン蓄電池単セル２２３またはリチウムイオン並列セル群２２４を５セル直列接続したものである。
　上述と同様に、図９に示した実施の形態４の並列組電池１０１のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３の代わりに、図１０Ｂに示すリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ２１３を接続してもよい。
　また、これらの場合のリチウムイオン蓄電池単セル２２３の平均放電電圧は、２．２～３．５Ｖである。リチウムイオン蓄電池ＬＲＵに並列接続する鉛蓄電池およびニッケル水素蓄電池のそれぞれの平均放電電圧に応じて、リチウムイオン蓄電池単セルまたはリチウムイオン並列セル群の直列接続数を適宜調整すればよい。
　いずれの場合であっても、大電流に対応したハイブリッド蓄電池を構成することができる。
　また、本発明に係るハイブリッド蓄電池に使用されるリチウムイオン蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、リチウムイオン蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことが好ましい。
　特に、本発明に係るハイブリッド蓄電池を上述のとおり自動車等の走行体に利用する場合、リチウムイオン蓄電池の正極および負極を上述の材料で構成することで、自動車等の走行体からの回生電力等の大電力を異常な発熱等を伴わずに吸収することができる。
　また、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池は、鉛蓄電池ＬＲＵ１１、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２、およびリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３を複数組み合わせて構成されているため、かなりの重量となる。例えば、１０個の仮想電池２からなるハイブリッド蓄電池本体１は、２３０ｋｇ程度となると考えられるため、図８に示すように、外装ケースおよび車輪を備える移動のための可搬機構７０を備えることが好ましい。なお、可搬機構７０は、ハイブリッド蓄電池自体やハイブリッド蓄電池を構成する仮想電池２や、仮想電池２を構成する各電池が容易に外せてもよい。ハイブリッド蓄電池を各構成電池に分離して輸送することができる。また、可搬機構７０は、上述の外装ケースおよび車輪に限定されず、例えは、ハイブリッド蓄電池を吊り下げるためのフックを備えてもよい。
　可搬機構を備えることで、ハイブリッド蓄電池のスムースな移動や取り換えが可能となる。
　また、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池において、第１の水系蓄電池である鉛蓄電池ＬＲＵ１１および第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２は、それぞれの単セルを直列接続することで構成されているが、有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３のように、まず、単セルを並列接続することで並列セル群を構成し、並列セル群を直列接続することでこれら鉛蓄電池およびニッケル水素蓄電池をそれぞれ構成してもよい。
　なお、上述の可搬機構の構成や、上述の並列セル群の構成は、本発明の実施の形態１のみならず、実施の形態４および実施の形態５に係るハイブリッド蓄電池においても同様に適用できる。
　また、実施の形態２の発蓄電ユニット２０は、太陽光発電装置６を備えるが、これらは太陽光発電装置に限定されず、風力発電装置、太陽熱発電装置、地熱発電装置等、設置環境に応じた種々の公知の発電装置を利用することができる。
　また、本発明のハイブリッド蓄電池は、実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池のように、ハイブリッド蓄電池本体１と、電流遮断回路３と、パワーコンディショナ４とを備える必要はなく、例えば、ハイブリッド蓄電池本体１のみから構成されてもよく、また、ハイブリッド蓄電池本体１および電流遮断回路３のみから構成されてもよい。
　以上、本発明のハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に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において、各種の改良や変更を行ってもよい。
　本発明によれば、第１の水系蓄電池である鉛蓄電池を充電率の高い領域で使用できるため、寿命性能、信頼性能を向上することができる。また、第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池を浅い充電率に保つため、メモリー効果の影響を受けることがなく、また、回生電流が流入した際に充電容量を確保するとともに、過大な充電が行われた場合にも、ガス吸収反応によって過充電エネルギを熱として系外に安全に排出できる。また、低温時においては水系電池が放電するので、優れた低温特性が得られるので、産業上有用である。
　また、本発明のハイブリッド蓄電池は、外部回路の短周期の変動を吸収する平準化機能、電力のピーク需要時に電力を外部回路に供給するピークカット機能、発電能力のピークと電力需要のピークをマッチさせるピークシフト機能、夜間の安価な電力を貯蔵して昼間に使用するロードレベリング機能、および停電などの非常時に電力を供給する非常用電源機能を有するので、産業上有用である。
　また、本発明によれば、電力網に接続する形で存在する多数の中型または小型蓄電システムに中央制御室から一括および／または個別のコントロール（電力網との接続、充電、放電のコントロール）が可能な遠隔制御型電流遮断装置を設けることにより、分散型であるが全体として大きな蓄電池として機能する蓄電装置群を備えた電力網システムを安価に提供できるので、産業上有用である。
　また、本発明によれば、回生電力の受け入れ性能が非常に優れているため、エンジンによるオルタネータの駆動を減少させることができるので、自動車等の走行体の燃費を大幅に改善することができるので、産業上有用である。
　１　ハイブリッド蓄電池本体、　２　仮想電池、　３、１０３　電流遮断回路、　４　パワーコンディショナ、５　外部回路、　６　太陽光発電装置、　７　電流遮断装置、　１１、１１１　鉛蓄電池ＬＲＵ、　１２、１１２、２１２　ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ、　１３、１１３、２１３　リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ、　２０　発蓄電ユニット、　２１　鉛蓄電池単セル、　２２、１２２、２２２　ニッケル水素蓄電池単セル、　２３、１２３、２２３　リチウムイオン蓄電池単セル、　２４、２２４　リチウムイオン並列セル群、　３０　電力網、　４０　大型蓄電装置、　４１　超小型蓄電装置、　４２　小型蓄電装置、　４３　中型蓄電装置、　５０　基幹電力ライン、　６０　電力網システム、　７０　可搬機構、　１０１　並列組電池。

Claims (24)

  1. 　仮想電池を１個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、
    　前記仮想電池は、
    　単セルまたは複数セルからなる第１の水系蓄電池と、
    　前記第１の水系蓄電池と種類の異なる単セルまたは複数セルからなる第２の水系蓄電池と、
    　単セルまたは複数セルからなる有機溶媒系蓄電池とを並列接続することで構成され、
    　前記有機溶媒系蓄電池の過充電電圧は、前記第１の水系蓄電池の水分解電圧および前記第２の水系蓄電池の水分解電圧よりも高く、
    　前記第２の水系蓄電池の平均放電電圧は、前記有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧よりも高く、前記有機溶媒系蓄電池の前記平均放電電圧は、前記第１の水系蓄電池の平均放電電圧よりも高いことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
  2. 　前記第１の水系蓄電池は鉛蓄電池であり、前記第２の水系蓄電池はニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池であり、前記有機溶媒系蓄電池はリチウムイオン蓄電池であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド蓄電池。
  3. 　前記有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．８Ｖ～３．５Ｖであり、
    　前記有機溶媒系蓄電池は、前記有機溶媒系蓄電池単セルを４セル直列接続したもの、または、前記有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、前記有機溶媒系並列セル群を４セル直列接続したものであり、
    　前記第１の水系蓄電池は、前記第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、
    　前記第２の水系蓄電池は、前記第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１０セル直列接続したものであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド蓄電池。
  4. 　前記有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．２Ｖ～３．５Ｖであり、
    　前記有機溶媒系蓄電池は、前記有機溶媒系蓄電池単セルを４セルもしくは５セル直列接続したもの、または、前記有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、前記有機溶媒系並列セル群を４セルもしくは５セル直列接続したものであり、
    　前記第１の水系蓄電池は、前記第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、
    　前記第２の水系蓄電池は、前記第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１１セル直列接続したものであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド蓄電池。
  5. 　前記有機溶媒系蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、
    　前記有機溶媒系蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  6. 　前記仮想電池の電圧が９．６Ｖ以下となった場合、前記仮想電池の電圧が１５．５Ｖ以上となった場合、前記仮想電池の温度が予め設定した危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、外部回路に充電電流または放電電流が流れることを防止するために前記外部回路との接続を遮断する電流遮断回路を更に備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  7. 　前記電流遮断回路は、前記外部回路との接続を遮断する遮断スイッチを更に備えることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド蓄電池。
  8. 　前記電流遮断回路は、更に、外部からの指示に基づいて前記充電電流または前記放電電流を遮断することを特徴とする請求項６または７に記載のハイブリッド蓄電池。
  9. 　前記仮想電池は、８．０Ｖ～１６．８Ｖの範囲で動作されることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  10. 　前記仮想電池の充電電圧は、１５．５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  11. 　前記仮想電池の最低放電電圧は８．８Ｖであり、最大充電電圧は１４．５Ｖであることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  12. 　移動のための可搬機構を更に備えることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  13. 　充電または放電を制御するパワーコンディショナを更に有し、
    　前記パワーコンディショナは、前記仮想電池の充電電圧が１３．７Ｖ以上１４．５Ｖ以下となるように、または、前記第２の水系蓄電池に２０％以上の未充電容量が残るように充電電圧を制御することを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  14. 　仮想電池を１個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、
    　前記仮想電池は、平均放電電圧が２．８Ｖ～３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、１もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、
    　前記１２Ｖ級鉛蓄電池と、前記並列組電池とは、前記電流遮断回路を介して並列接続され、
    　前記電流遮断回路は、前記並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、前記並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池。
  15. 　仮想電池を１個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、
    　前記仮想電池は、平均放電電圧が２．２Ｖ～３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セル、または５セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を１もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、１もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、
    　前記１２Ｖ級鉛蓄電池と、前記並列組電池とは、前記電流遮断回路を介して並列接続され、
    　前記電流遮断回路は、前記並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、前記並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池。
  16. 　前記リチウムイオン蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、
    　前記リチウムイオン蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載のハイブリッド蓄電池。
  17. 　前記１２Ｖ級鉛蓄電池は、走行体に搭載された鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１４～１６のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  18. 　前記並列組電池は、前記走行体のエンジンルーム以外の場所に設置されることを特徴とする請求項１７に記載のハイブリッド蓄電池。
  19. 　前記電流遮断回路は、手動により電流遮断が可能であることを特徴とする請求項１４～１８のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池。
  20. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池と電流遮断装置とを備えることを特徴とするハイブリッド蓄電装置。
  21. 　請求項２０に記載のハイブリッド蓄電装置と発電装置とを備えることを特徴とする発蓄電ユニット。
  22. 　複数の請求項２０に記載のハイブリッド蓄電装置または請求項２１に記載の発蓄電ユニットと、
    　複数の前記ハイブリッド蓄電装置または前記発蓄電ユニットを相互に接続する電力ラインとを備えることを特徴とする電力網システム。
  23. 　前記電流遮断装置は、外部からの指示に基づいて前記ハイブリッド蓄電池と前記電力ラインとの接続の遮断、または前記ハイブリッド蓄電池の充電もしくは放電を行うことを特徴とする請求項２２に記載の電力網システム。
  24. 　請求項１～１９のいずれか１項に記載のハイブリッド蓄電池を搭載した走行体。
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