WO2018030477A1 - 蓄電システム、車両、並びに機械設備 - Google Patents

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power storage
storage system
power
storage device
discharge
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PCT/JP2017/028972
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亮人 佐々木
敦也 佐々木
秀一 齋藤
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株式会社 東芝
東芝マテリアル株式会社
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a power storage system and a vehicle, an electronic device, and a mechanical facility using the power storage system.
  • the motor operates on electricity. These motor-driven automobiles are required to make effective use of electricity.
  • a motor-driven automobile is equipped with a power storage system that stores electricity. When the automobile is accelerated, the motor is driven by electricity supplied from the power storage system. Further, regenerative energy generated by causing the motor to function as a generator during braking (deceleration) of the automobile is charged to the power storage system.
  • Patent Document 1 shows that a power storage system combining a battery (secondary battery) and a capacitor is used. Capacitors can be discharged and charged faster than secondary batteries. By using a capacitor, the secondary battery is prevented from deteriorating. On the other hand, the performance of the capacitor was about 4000 W / kg in power density.
  • Patent Document 2 an electrode material combining a carbon material and copper is used.
  • Regenerative energy is the collection, storage, and reuse of energy during braking.
  • braking that is, when decelerating, energy is changed to electricity and stored.
  • a conventional capacitor has a power density of about 4000 W / kg.
  • the power storage system needs to be prepared for an instantaneous high output when the automobile is decelerated.
  • the performance of conventional capacitors has not always been able to cope with instantaneous high output.
  • the present invention is to provide a power storage system that can cope with an instantaneous high output during deceleration.
  • the power storage system includes a secondary battery and a rapid charge / discharge power storage device.
  • the power density of the secondary battery is less than 7000 W / kg
  • the power density of the rapid charge / discharge power storage device is 7000 W / kg or more.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a power storage system according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of the power storage system according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the rapid charge / discharge power storage device.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an embodiment in an automobile as an example of the power storage system according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an embodiment in a train as an example of the power storage system according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the medical device as an example of the power storage system according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an embodiment in an elevator as an example of the power storage system according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an embodiment in a robot as an example of the power storage system according to the embodiment.
  • the power storage system is a power storage system including a secondary battery and a quick charge / discharge power storage device.
  • the power density of the secondary battery is less than 7000 W / kg
  • the power density of the quick charge / discharge power storage device is 7000 W / kg or more. It is characterized by being.
  • Figure 1 shows an example of a power storage system.
  • 1 is a power storage system
  • 2 is a secondary battery
  • 3 is a rapid charge / discharge power storage device.
  • Secondary battery 2 includes a battery that can be charged and discharged. Examples of such a battery include a Li ion secondary battery, a nickel metal hydride battery, a lead storage battery, and a fuel cell.
  • the secondary battery 2 has a power density of less than 7000 W / kg.
  • the power density of the rapid charge / discharge power storage device is 7000 W / kg or more.
  • it is preferable that the power density of a rapid charging / discharging electrical storage device is 9000 W / kg or more.
  • the power density indicates how much output per kg (kilogram). It is a value indicating the instantaneous power supply amount of the electricity storage device. The larger the power density, the larger the instantaneous power supply amount.
  • the power density can be expressed not only as output per weight but also as output per volume.
  • the power density can be expressed as an output per 1 L (liter) instead of the output per 1 kg described above.
  • the power density per volume representing the unit of volume as 1 L indicates how much output can be obtained per 1 L.
  • the power density of the rapid charge / discharge power storage device is preferably 7000 W / kg or more and 10000 W / L or more.
  • the rapid charge / discharge power storage device, and hence the power storage system can be both reduced in weight and size.
  • the power density of the rapid charge / discharge power storage device can be obtained, for example, as follows.
  • the power density expressed by the weight of the single cell of the rapid charge / discharge power storage device that is, the weight power density P (W / kg) can be obtained by the following formula (1).
  • V 1 is a discharge start voltage (V)
  • V 2 is a discharge end voltage (V)
  • R is an internal resistance ( ⁇ )
  • M is a cell weight (kg).
  • the power density expressed by the volume of the single cell of the rapid charge / discharge power storage device that is, the volume power density P (W / L) can be obtained by the following formula (2).
  • V 1 is a discharge start voltage (V)
  • V 2 is a discharge end voltage (V)
  • R is an internal resistance ( ⁇ )
  • V is a cell volume (L).
  • Electric storage device is, for example, when a rapid charge and discharge the power storage device of the tungsten oxide were included in the electrode layer to be described later, the discharge starting voltage V 1 and the discharge end voltage V 2 may be set to the following values.
  • Discharge starting voltages V 1 is set to 2.5V.
  • Discharge end voltage V 2 is set to 1.5V.
  • the discharge start voltage V 1 and the discharge end voltage V 2 can correspond to, for example, an upper limit value and a lower limit value of a voltage range in which the power storage device can be safely charged and discharged without being overcharged or overdischarged. Yes, it can respectively correspond to the cell voltage when the state of charge (SOC) of the laminate cell of the electricity storage device is 100% and the cell voltage when it is 0%.
  • SOC state of charge
  • the internal resistance R can be measured as follows. First, the SOC of a power storage device as a measurement target, for example, a laminate cell is adjusted to 50%. For this laminate cell, the series resistance at 1 kHz (amplitude 10 mV) is measured by the AC impedance method, and the obtained value is set as the internal resistance R.
  • the cell weight M is obtained by measuring the weight of the laminate cell to be measured (including the outer container).
  • a power storage device with insufficient performance for example, a plurality of power storage devices can be electrically connected in series in order to supplement the performance of each power storage device.
  • the number of power storage devices increases, and thus the overall weight and volume increase. That is, even if the total output (power) can be increased by using a plurality of power storage devices in combination, the output per unit weight and volume (power density) remains low.
  • the rapid charge / discharge power storage device in the power storage system of the embodiment has a high power density, and can exhibit a sufficient output even in a single cell state, for example. Also, when a plurality of cells of the rapid charge / discharge power storage device, for example, electrically connected in series, high output can be obtained while keeping the overall weight and volume increase relatively low. That is, the weight power density of the rapid charge / discharge power storage device is, for example, 7000 W / kg or more per cell. Also, when a plurality of cells are connected in series, the total weight power density can be 7000 W / kg or more. Similarly, the volume power density of the rapid charge / discharge power storage device is, for example, 10000 W / L or more per cell, and the total volume power density can be 10000 W / L or more when a plurality of cells are connected in series. .
  • the total power (W) is 14040 (W )
  • Power (W) power density (W / kg) ⁇ weight (kg) ⁇ number of series.
  • power (W) power density (W / L) ⁇ volume (L) ⁇ number of series can be obtained.
  • the power storage system of the embodiment is a combination of a secondary battery having a power density of less than 7000 W / kg and a rapid charge / discharge power storage device having a power density of 7000 W / kg or more. Since the rapid charge / discharge power storage device having a high power density is used, the rapid charge / discharge power storage device can be charged / discharged prior to the secondary battery. Therefore, instantaneous power supply becomes possible.
  • the secondary battery preferably has an energy density of 30 Wh / kg or more.
  • the energy density is a value indicating the capacity of the secondary battery.
  • This is a power storage system that combines a secondary battery with a large capacity and a power storage device with high instantaneous power. Such a power storage system can perform quick charge / discharge with a quick charge / discharge power storage device. Therefore, the number of times of charging / discharging the secondary battery can be reduced. Thereby, deterioration of a secondary battery can be prevented.
  • the power density of a typical lithium ion secondary battery may be about 2400 W / kg (about 3730 W / L), for example.
  • the energy density of a typical lithium ion secondary battery can be, for example, about 120 Wh / kg (about 190 Wh / L).
  • the power density of a typical lead battery can be, for example, about 100 W / kg.
  • the energy density of a typical lead battery can be, for example, on the order of 30 Wh / kg.
  • the power density of a typical nickel metal hydride battery can be, for example, about 300 W / kg.
  • the energy density of a typical nickel metal hydride battery can be, for example, on the order of 40 Wh / kg.
  • the power density of a typical capacitor such as an electric double layer capacitor (EDLC; Electric Double Layer Capacitor) can be, for example, about 6700 W / kg.
  • the energy density of a typical capacitor can be, for example, on the order of about 4 Wh / kg.
  • the energy density of the power storage system (Wh / kg) / weight of the power storage system cell (kg) ) Ratio is preferably 1 or more. The fact that the energy density is high relative to the weight of the cell of the power storage system indicates that the capacity is reduced.
  • the power storage system energy density E S ( Wh / kg) is preferably a ratio E S / W S between the power storage system cell weight Ws (kg), that is, the total energy density relative to the total cell weight in the power storage system is 1 or more.
  • Such a preferable power storage system satisfies the relationship of E S / W S ⁇ 1.
  • the power storage system can be made smaller and lighter.
  • the reduction in size and weight of the power storage system is also effective in improving the fuel efficiency of the vehicle when mounted on a vehicle, which will be described later. Further, as will be described later, when the regenerative energy of the vehicle is charged, the battery can be charged at a speed of 25 km / h or more.
  • any one or two of the secondary battery and the rapid charge / discharge power storage device may be connected.
  • FIG. 2 there are a first secondary battery 2-1, a second secondary battery 2-2, a first rapid charge / discharge electricity storage device 3-1, and a second rapid charge / discharge electricity storage device 3-2. .
  • the first secondary battery 2-1 and the second secondary battery 2-2 are connected in series.
  • the first rapid charge / discharge electricity storage device 3-1 and the second rapid charge / discharge electricity storage device 3-2 are connected in series.
  • Secondary batteries are connected in series, and rapid charge / discharge storage devices are connected in series.
  • a secondary battery group and a rapid charge / discharge power storage device group are connected in parallel. As a result, the capacity of the power storage system can be increased.
  • FIG. 2 shows an example in which two secondary batteries (2-1 and 2-2) are electrically connected in series in the secondary battery group.
  • three or more secondary batteries may be connected in series.
  • three or more secondary batteries may be electrically connected by combining series connection and parallel connection.
  • the rapid charge / discharge electricity storage device group in FIG. 2 an example is shown in which two rapid charge / discharge electricity storage devices (3-1 and 3-2) are electrically connected in series.
  • three or more rapid charge / discharge electricity storage devices may be connected in series.
  • three or more rapid charge / discharge power storage devices may be electrically connected in combination of series connection and parallel connection.
  • the form of electrical connection between the secondary battery 2 and the rapid charge / discharge storage device 3 is not limited to parallel connection.
  • the secondary battery 2 and the rapid charge / discharge electricity storage device 3 are electrically connected in series. Can be connected.
  • An alternator is used in the car. Although details will be described later, the electricity (regenerative energy) generated by the alternator is first stored in the rapid charge / discharge power storage device. Thereafter, the electricity from the rapid charge / discharge electricity storage device is charged into a secondary battery electrically connected in series with the rapid charge / discharge electricity storage device via a control circuit such as a DC-DC converter. The electricity charged in the secondary battery can be supplied to a load including an electronic device such as an air conditioner installed in an automobile, for example.
  • the secondary battery group and the rapid charge / discharge electrical storage device group may be electrically connected in parallel.
  • the secondary battery and the rapid charge / discharge power storage device may have an integrated unit structure or may be arranged at a remote position.
  • the secondary battery and the rapid charge / discharge power storage device may be electrically connected directly or may be connected via a control circuit such as a DC-DC converter, for example, as in the above example.
  • control circuit examples include switching elements, average cell voltage control, and current sensors.
  • a CPU, a temperature sensor, and the like may be provided as necessary.
  • the rapid charge / discharge power storage device includes a tungsten oxide powder in the electrode layer.
  • FIG. 3 shows an example of the cell structure of the rapid charge / discharge power storage device.
  • 4 is a negative electrode
  • 5 is a positive electrode
  • 6 is a negative electrode layer
  • 7 is a positive electrode layer
  • 8 is a separator
  • 9 is an electrolyte.
  • a negative electrode layer 6 is provided on the negative electrode 4.
  • a positive electrode layer 7 is provided on the positive electrode 5.
  • the negative electrode layer 6 and the positive electrode layer 7 are disposed to face each other with a separator 8 interposed therebetween.
  • An electrolyte solution 9 is filled between the negative electrode layer 6 and the positive electrode layer 7.
  • either one of the negative electrode layer 6 and the positive electrode layer 7 includes tungsten oxide powder.
  • the tungsten oxide powder preferably has an activation energy E ⁇ of 0.05 eV or less. Moreover, it is preferable that this powder has a hopping conduction characteristic at normal temperature (25 degreeC).
  • the oxygen deficiency of the powder is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more.
  • the carrier density of the powder is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more.
  • the average particle diameter of this powder is 50 micrometers or less, Furthermore, it is 10 micrometers or less.
  • Such tungsten oxide powder is disclosed in International Publication No. WO2016 / 039157 (Patent Document 3).
  • the tungsten oxide powder can increase the storage capacity and increase the charge / discharge efficiency by providing oxygen vacancies. Further, it is preferable to increase the oxygen deficiency amount so that it falls within the range of WO 2.68 to 2.75 .
  • the diffusion path of Li ions in the crystal structure becomes large.
  • the crystal structure of tungsten oxide having a composition represented by WO 2.72 has a hexagonal tunnel, and Li ions in the crystal diffuse quickly. Therefore, since Li ion conductivity is high, charging / discharging efficiency becomes high. Further, as will be described later, the internal resistance of the electrode layer containing tungsten oxide can be reduced by introducing oxygen vacancies. As a result, the internal resistance of the rapid charge / discharge power storage device can be reduced.
  • Introduction of oxygen vacancies into the crystal structure of tungsten oxide can be performed, for example, by performing a treatment in a hydrogen mixed nitrogen atmosphere on the tungsten oxide powder.
  • the positive electrode 5 and the negative electrode 4 are made of a conductive material.
  • the conductive material include copper, aluminum, titanium, carbon-coated aluminum, carbon-coated copper, and alloys thereof.
  • the positive electrode layer 7 is preferably a lithium composite oxide.
  • the lithium composite oxide include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and ternary materials (for example, LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1 / 3 O 2 ) and the like are preferable.
  • the negative electrode layer 6 is preferably a graphite-based material or metal layer pre-doped with Li. Examples of the graphite material include graphite, hard carbon, carbon nanotube, graphene, and fullerene. Examples of the metal layer include lithium, silicon, and silicon alloy.
  • the electrode layer disposed to face the electrode layer made of tungsten oxide powder is preferably Li simple substance or Li composite oxide. These combinations can efficiently deliver Li ions. Therefore, the power density and energy density can be increased.
  • the internal resistance of the electrode layer containing tungsten oxide powder in terms of reducing the weight and size of the cell of the rapid charge / discharge power storage device. Specifically, it is preferable to reduce the internal resistance of the rapid charge / discharge power storage device to 10 ⁇ ⁇ cm 2 or less by reducing the internal resistance of the electrode layer.
  • the regenerative energy becomes a large current.
  • the cell When trying to store a large current, the cell generates heat, causing a safety problem. For this reason, conventionally, for example, regenerative energy is stored only in a low speed region of 15 km / h or less. Since the rapid charge / discharge power storage device according to the embodiment has reduced internal resistance, the amount of heat generated by the cell can be suppressed. Thereby, even when the moving speed of the vehicle is 25 km / h or more, safety when storing electricity is high.
  • the internal resistance in the electricity storage device can be reduced, for example, as follows. For example, by introducing oxygen vacancies into the crystalline structure of tungsten oxide, the internal resistance of the electrode layer can be lowered.
  • a method of mixing a conductive material with tungsten oxide powder can be mentioned. It is also effective to provide a conductive material between the electrode layer made of tungsten oxide powder and the negative electrode or positive electrode.
  • An example of the conductive material is carbon powder.
  • the proportion of the tungsten oxide powder decreases, so the capacity decreases. Further, when the average particle diameter of the tungsten oxide powder is C ( ⁇ m) and the average particle diameter of the conductive material is D ( ⁇ m), it is preferable that C> D. By reducing the particle size of the conductive material, the internal resistance can be easily reduced because it enters the gap between the tungsten oxide powders.
  • a conductive material mixed with tungsten oxide or a conductive material provided between the electrode layer and the negative electrode or positive electrode more specifically, for example, a conductive auxiliary agent such as acetylene black, ketjen black, or graphite is used.
  • a conductive auxiliary agent such as acetylene black, ketjen black, or graphite is used.
  • the contact resistance between the particles in the electrode layer can be reduced, and as a result, the internal resistance can be suppressed.
  • a conductive material is provided between the electrode layer and the negative electrode or positive electrode, for example, a conductive layer such as a carbon layer is formed on a metal foil or alloy foil as the negative electrode or positive electrode.
  • a conductive layer such as a carbon layer is formed on a metal foil or alloy foil as the negative electrode or positive electrode.
  • the method for forming the conductive layer is not limited to the following, but for example, the conductive layer can be formed as follows. A coating material containing a conductive material is applied to the surface of the foil. A conductive layer is obtained by drying the applied coating material. Note that when a carbon layer is formed on an aluminum foil using a coating material containing a carbon material as a conductive material, carbon-coated aluminum can be produced.
  • a negative electrode layer (tungsten oxide layer) is formed on the negative electrode.
  • the negative electrode layer may contain a conductive material (conductive aid) in addition to the tungsten oxide powder.
  • the negative electrode side electrode may include a conductive layer.
  • a press treatment is performed on the formed negative electrode layer.
  • the electrode density before pressing for example, the density of the negative electrode layer, which was 1.8 g / cm 3
  • the electrode density after pressing is preferably 2.2 g / cm 3 or more, and more preferably 3.0 g / cm 3 or more.
  • the density of the positive electrode layer can be increased by pressing in the same manner in the case of the power storage system including the positive electrode layer containing tungsten oxide.
  • the press pressure in the press treatment is preferably 300 kg / cm or more for both the negative electrode side and the positive electrode side.
  • the electrode density of any of a negative electrode layer and a positive electrode layer can be 2.2 g / cm ⁇ 3 > or more.
  • tungsten oxide having oxygen deficiency and a metal foil coated with a carbon layer can be combined.
  • the thickness of the positive electrode layer 7 and the negative electrode layer 6 is preferably in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the positive electrode layer 7 or the negative electrode layer 6 made of tungsten oxide powder preferably has a porosity in the range of 20% to 80%.
  • the film thickness is less than 1 ⁇ m, the amount of tungsten oxide powder is small, so the capacity is reduced.
  • the thickness exceeds 100 ⁇ m the electrolytic solution may not easily enter the interior.
  • the porosity is higher than 80%, the amount of tungsten oxide powder is reduced and the capacity is lowered.
  • any of the electrode layers of the positive electrode layer 7 and the negative electrode layer 6 if the electrolytic solution does not enter the inside, the contact area between the tungsten oxide powder or other electrode materials and the electrolytic solution decreases. As a result, since the delivery efficiency of Li ions between the positive electrode and the negative electrode is reduced, the power density of the electricity storage device can be reduced.
  • the electrode density when the electrode density is increased by pressing, it is desirable to increase the electrode density within a range where the porosity is 20% or more and 80% or less.
  • the separator is made of porous polyethylene or polypropylene and has a thickness of 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. It is preferable to prevent a short circuit between the negative electrode and the positive electrode.
  • the electrolytic solution contains LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 as electrolytes as Li salts, and ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) as nonaqueous solvents, Dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone ( ⁇ -BL), valerolactone (VL) and a mixed solvent thereof are preferable.
  • a larger area where the positive electrode and the negative electrode face each other is more desirable for improving the power density because there are more regions where Li ions can be efficiently transferred between these electrodes.
  • the facing area between the positive electrode and the negative electrode can be increased, for example, by increasing the area of each electrode and taking an arrangement in which there are many overlapping portions. Further, for example, by constructing a multi-layer laminate cell using a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes, the facing area between the positive electrode and the negative electrode can be increased overall.
  • the power density of the rapid charge / discharge power storage device can be increased to 7000 W / kg or more by appropriately combining the above designs. Specifically, tungsten oxide powder is used for the electrode layer, the internal resistance is reduced by the above means, the thickness and the porosity of the electrode layer are within the above-described ranges, and the area where the positive electrode and the negative electrode face each other is increased. Thus, it is possible to obtain a rapid charge / discharge power storage device exhibiting a high power density.
  • the power storage system as described above can be rapidly charged and discharged.
  • the rapid charge / discharge power storage device with high power density can be used preferentially, the number of times the secondary battery is used can be reduced. As a result, the life of the secondary battery can be extended. Further, by using a rapid charge / discharge power storage device having a power density of 7000 W / kg or more, the power storage system can be reduced in size and weight.
  • Such a power storage system is preferably used for vehicles, electronic devices, and mechanical equipment.
  • Vehicles include automobiles and electric railways. Examples of the automobile include automobiles driven by a motor such as a hybrid automobile and an electric automobile. In addition, the automobile is not particularly limited, such as a private car, a bus, a crane car, and a truck.
  • the vehicle driven by the motor collects and accumulates energy during deceleration and reuses it.
  • the energy during deceleration is called regenerative energy.
  • This regenerative energy is stored in the rapid charge / discharge storage device.
  • Regenerative energy is generated during deceleration, that is, during braking.
  • the brake is stepped on each time. Since a rapid charge / discharge power storage device having a power density of 7000 W / kg or more is used, regenerative energy generated instantaneously can be efficiently recovered. Further, it is possible to instantaneously supply electricity necessary for accelerating the motor. Regenerative energy is generated during deceleration. Until now, the battery could only be charged when decelerated to 15 km / h or less.
  • a rapid charge / discharge power storage device having a power density of 7000 W / kg or higher, regenerative energy can be stored even when the moving speed of the vehicle is 25 km / h or higher. This also increases the power storage efficiency. In addition, the weight can be reduced, leading to improved fuel economy.
  • an electronic device indicates a device driven by electricity.
  • medical equipment such as CT determines contract power according to the maximum power.
  • it is used at 50% to 80% of the maximum power under normal usage conditions.
  • power that is insufficient only when the maximum power is required can be supplied from the power storage system.
  • contract power can be reduced. Since a rapid charge / discharge power storage system with high power density is used, even if the maximum power is required instantaneously, it can be sufficiently supplied.
  • the electronic device includes, for example, a device that uses a power storage system to make up for power that is insufficient for maximum power.
  • the mechanical equipment is equipped with operating equipment.
  • the mechanical equipment include one selected from an elevator, a crane, a robot, and a machine tool.
  • These mechanical facilities have facilities that operate with a motor.
  • the elevator is equipped with a motor (winding machine) that moves the car up and down. If the motor is on, it will rise and fall repeatedly. Regenerative energy can be stored when moving up and down.
  • a rapid charge / discharge power storage device having a power density of 7000 W / kg or more, power can be stored even with slight acceleration / deceleration.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing recovery of regenerative energy of an automobile as an example of an embodiment of a vehicle, more specifically, an automobile, for an electricity storage system according to an embodiment.
  • 2 is a secondary battery
  • 3 is a rapid charge / discharge storage device
  • 10 is an alternator
  • 11 is a DC-DC converter
  • 12 is a load
  • 41 is an engine
  • 42 is a wheel.
  • the alternator 10 is an AC power generation device that converts the kinetic energy of rotation of the engine 41 into electric energy, and is responsible for energy regeneration. For example, even when the automobile is decelerating, the rotation of the wheels 42 rolling on the road surface is transmitted to the engine 41 via a power transmission mechanism such as an axle or a differential gear, so the engine 41 rotates. The alternator 10 generates electric power using this rotational energy.
  • the electrical energy generated by the alternator 10 is temporarily stored in the rapid charge / discharge storage device 3. Thereafter, electricity can be stored in the secondary battery 2 from the rapid charge / discharge power storage device 3 via the DC-DC converter 11. Further, electricity can be supplied from the secondary battery 2 to the load 12 for use.
  • the load 12 includes, for example, an electronic device built in the automobile such as a car navigation system, an air conditioner, and an audio device.
  • the electricity stored in the secondary battery 2 as the power for the load 12, for example, even if the power generation in the engine consuming the fuel in the hybrid car is reduced, the power can be sufficiently supplied. As a result, fuel consumption can be reduced.
  • Acceleration energy recovery amount is greatly affected by charge acceptance.
  • the recovery rate of the regenerative energy can be reduced if the charging (power storage) speed and capacity of the battery or power storage system are not sufficient.
  • the charge acceptability of the lead battery is limited, and the generated power of the alternator may not be efficiently recovered.
  • studies are underway on the use of capacitors.
  • the voltage of the capacitor varies depending on the state of charge of a lead battery having a substantially constant terminal voltage. Therefore, the alternator needs to support a wide range of voltages.
  • a variable voltage alternator corresponding to a voltage of 12V-25V has also been developed. By adopting this alternator, it is possible to increase the capacitor voltage up to 25 V at the time of deceleration regeneration and to generate electric power, thereby improving the amount of energy regeneration.
  • the cell may generate heat and the temperature will rise, which may impair safety.
  • a control circuit with a safety mechanism that switches on the cooling mechanism when the temperature rises or stops so that no more current flows can be adopted. it can. Since power is consumed to operate the cooling mechanism, it is desirable that the amount of current is not excessive. For example, it is desirable that the charge acceptability of the power storage system be designed to be compatible with the output of the alternator.
  • the secondary battery 2 has a larger capacity than the rapid charge / discharge power storage device 3.
  • a space can be provided in the capacity of the rapid charge / discharge power storage device 3.
  • the rapid charge / discharge power storage device 3 can fully recover the regenerative energy generated when the automobile next decelerates. If there is not enough space in the capacity of the rapid charge / discharge power storage device 3, the amount of regenerative energy that can be recovered can be reduced. Alternatively, the rapid charge / discharge power storage device 3 may be overcharged and safety may be impaired.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing recovery of regenerative energy of a train as an example of an embodiment of a vehicle, more specifically, a train, that is, a railway vehicle, for the power storage system according to the embodiment.
  • 50 is a train
  • 51 is a pantogram
  • 52 is a wheel
  • 1 is a power storage system
  • 21 is a voltage converter
  • 22 is an inverter
  • 23 is an overhead line
  • 31 is a track.
  • the pantogram 51 In the train 50, the pantogram 51, the voltage converter 21, the power storage system 1, the inverter 22, and a drive motor (not shown) for driving the wheels 52 are electrically connected.
  • the pantagram 51 is in contact with the overhead line 23 arranged on the route of the train 50.
  • the pantagram 51 may be capable of changing its height by a spring-like structure, for example.
  • the voltage converter 21 converts a DC voltage as appropriate, for example, converts a direct current of 1500 V into a direct current of 600 V, and supplies it to the inverter 22 and the power storage system 1.
  • the voltage converter 21 can be, for example, a DC-DC converter.
  • the inverter 22 converts DC power into AC and supplies it to the drive motor.
  • the train 50 can travel by driving the wheels 52 by the operation of the drive motor.
  • the DC power supplied to the power storage system 1 is stored in, for example, a secondary battery or a secondary battery group included in the power storage system 1.
  • the direct current is the rapid charge / discharge electricity storage device or the rapid charge / discharge electricity storage device group, or the rapid charge / discharge electricity storage device (group) and the secondary battery (group) included in the electricity storage system 1. Both of them may be charged.
  • the power supply to the drive motor is cut and the brake is applied.
  • the drive motor rotates and regenerative power is generated.
  • the inverter 22 converts the regenerative power generated by the drive motor into direct current and supplies it to the power storage system 1.
  • the regenerative power that has been DC converted and supplied to the power storage system 1 is stored in the rapid charge / discharge power storage device.
  • the power storage system 1 stores regenerative power, kinetic energy can be regenerated during deceleration.
  • the power density of the rapid charge / discharge power storage device is high, the charge acceptance of the power storage system 1 is high. For example, even if the instantaneous amount of regenerative power is large, the temperature rise of the rapid charge / discharge power storage system is small. Therefore, in the train 50 that repeatedly accelerates and decelerates from the station to the high traveling speed, the regenerative power during deceleration can be a large current, but the power storage system 1 can cope with a large current input.
  • the regenerative power stored in the rapid charge / discharge power storage device by energy regeneration can then be charged into the secondary battery.
  • regenerative energy is transferred to a secondary battery having a larger capacity, and a capacity is provided in the rapid charge / discharge power storage device, so that more regenerative power is recovered when the train 50 next decelerates. can do.
  • the power supplied via the pantogram 51 is charged to the secondary battery of the power storage system 1.
  • the electric power stored in the power storage system 1 can be used, for example, to run the train 50 in a section where there is no overhead line 23.
  • the electric power stored in the electrical storage system 1 can be used as electric power of other loads, for example, the electronic equipment which train 50, such as illumination, an air-conditioner, and an electronic display panel, interiors.
  • Examples of mechanical equipment using the power storage system according to the embodiment include electronic equipment that requires a power source for driving and mechanical equipment including equipment that requires a power source when operating.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram showing an X-ray generation device as an example of an embodiment of a mechanical facility, more specifically, an embodiment of a medical device, regarding the power storage system according to the embodiment.
  • 60 is an X-ray generator
  • 61 is a generator (X-ray generator)
  • 62 is a central processing unit (CPU)
  • 1 is a power storage system
  • 24 is a switchboard
  • R1 is an imaging room.
  • the X-ray generator 60 can be, for example, an X-ray irradiation device included in an X-ray CT (Computed Tomography) apparatus.
  • the X-ray CT apparatus can include, for example, an X-ray detector capable of exchanging signals with the X-ray generation apparatus 60 in a wired or wireless manner.
  • the CPU 62 controls the operation of the X-ray generator 60.
  • the CPU 62 can control and manage the supply of power to each unit of the X-ray generator 60.
  • the CPU 62 can control and manage the operation of the entire X-ray CT apparatus including the exchange of signals between the X-ray generator 60 and the X-ray detector.
  • the switchboard 24 can be, for example, a switchboard installed in a medical facility provided with the X-ray generator 60.
  • the electric power stored in the power storage system 1 is supplied to the generator 61. Since the amount of power required by the generator 61 differs depending on the usage situation, the amount of power supplied to the generator 61 is controlled by the CPU 62. For example, the power consumed by the generator 61 when generating X-rays for X-ray imaging can be 5.5 kWs (using an X-ray generator with an output of 80 kW and consuming 110 kVA for 50 msec) if you did this). On the other hand, the power consumed by the generator 61 is low during the standby time after waiting for the next imaging after the X-ray image is captured, for example.
  • the X-ray generator 60 requires a large amount of power (for example, 5.5 kWs) when generating X-rays with the generator 61, for example, but does not require a large amount of power during standby, for example. That is, a high power supply amount may be required only when the generator 61 is operated.
  • the commercial power supplied from the switchboard during standby is stored in the quick charge / discharge power storage device of the power storage system 1, and when the generator 61 is operated, the power stored in the quick charge / discharge power storage device is instantaneously extracted and used. be able to.
  • the amount of electric power for operating the generator 61 is 5.5 kWs, and shooting is performed once every 5 seconds. If 1.1 kW of electric power is supplied to and stored in the quick charge / discharge power storage device during the standby time of 5 seconds, the operation of the generator 61 at the moment of photographing can be covered.
  • the generator 61, the CPU 62, and the power storage system 1 of the X-ray generator 60 can be installed in a radiographing room R1 in a medical facility as illustrated.
  • at least one of the CPU 62 and the power storage system 1 can be installed outside the photographing room R1.
  • the CPU 62 and / or the power storage system 1 can be installed in a front room (not shown) adjacent to the photographing room R1.
  • the switchboard 24 may be installed outside the photographing room R1 as shown in FIG. 6, or may be installed inside the photographing room R1.
  • the medical facility may include a plurality of imaging rooms R1 in which generators 61 are installed.
  • Each of the plurality of shooting rooms R1 may be provided with the CPU 62, or for example, one CPU may manage the operations in all the shooting rooms in an integrated manner.
  • the power storage systems 1 may be installed in each of the plurality of shooting rooms R1, or, for example, one power storage system 1 can supply power to the generators 61 in the plurality of shooting rooms R1. It is good also as a design.
  • FIG. 70 is an elevator
  • 71 is a car
  • 72 is a counterweight
  • 73 is a hoist
  • 1 is a power storage system
  • 25 is a commercial power supply
  • 26 is a control panel.
  • the car 71 and the counterweight 72 are connected by a cable or the like via a hoisting machine 73 and a pulley.
  • a hoisting machine 73 pulls the cable in one direction
  • the car 71 rises and the counterweight 72 descends.
  • the hoisting machine 73 pulls the cable in the opposite direction
  • the car 71 descends and the counterweight 72 rises.
  • the control panel 26 supplies power from the commercial power supply 25 to the hoisting machine 73 according to the situation.
  • the hoisting machine 73 operates using the supplied electric power, and can raise and lower the car 71.
  • the control panel 26 uses the secondary battery or the quick charge / discharge power storage instead of the commercial power supply 25. Electric power can be supplied from the device to the hoisting machine 73.
  • the control panel 26 can also simultaneously supply power to the hoisting machine 73 from both the commercial power supply 25 and the power storage system 1.
  • the counterweight 72 is designed to balance with the car 71 when, for example, the number of passengers in the car 71 is about half of the capacity.
  • the hoisting machine 73 is operated by the electric power supplied from the commercial power supply 25 or the power storage system 1, and the car 71 can be moved up and down.
  • the weight of the car 71 including the passenger can be higher than the weight of the weight 72.
  • gravity can be used when the car 71 is lowered, and the cable is pulled toward the car 71 as the car 71 is lowered.
  • the hoisting machine 73 rotates and generates electricity. That is, regenerative electric power is generated when the car 71 descends due to gravity.
  • the weight of the car 71 including the passenger can be lower than the weight of the weight 72.
  • the action of gravity on the counterweight 72 can be used, and the cable is pulled toward the counterweight 72 as the car 71 rises.
  • the hoisting machine 73 rotates and generates electricity. That is, regenerative electric power is generated when the counterweight 72 is lowered by gravity.
  • the regenerative power generated by the hoisting machine 73 is supplied to the rapid charge / discharge power storage device of the power storage system 1 via the control panel 26.
  • the regenerative power can be stored in the rapid charge / discharge power storage device and then supplied to the secondary battery.
  • the regenerative power stored in the rapid charge / discharge power storage device can be supplied to the hoisting machine 73 as power for moving the car 71 up and down. Similar to the vehicle example described above, in order to maintain a large amount of regenerative electric power that can be recovered, it is desirable to secure an empty capacity in the rapid charge / discharge power storage device. By moving the regenerative power stored in the rapid charge / discharge power storage device to the secondary battery or the hoisting machine 73, the free capacity of the rapid charge / discharge power storage device can be secured.
  • the regenerative power stored in the secondary battery is also supplied to the hoisting machine 73 as necessary. Covering part of the power for operating the hoisting machine 73 with the rapid charge / discharge power storage device or the regenerative power stored in the secondary battery, the amount of commercial power used from the commercial power supply 25 can be reduced. Further, by using a large-capacity secondary battery as the secondary battery included in the power storage system 1, the elevator 70 can be operated even in a situation where power supply from the commercial power supply 25 cannot be received due to a power failure or the like. it can.
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of an automated guided vehicle as an example of an embodiment of the robot for the power storage system according to the embodiment.
  • 80 is an automatic guided vehicle
  • 81 is a charge / discharge monitoring device
  • 82 is a charger
  • 1 is a power storage system
  • 25 is a commercial power source.
  • the charger 82 and the electrical storage system 1 can be electrically connected through an external terminal (not shown) provided in the automatic guided vehicle 80, for example.
  • the charge / discharge monitor device 81 monitors the state of charge (SOC) of the power storage system 1.
  • the charge / discharge monitor device 81 can monitor the charge state of the power storage system 1 as a whole.
  • the charge / discharge monitor device 81 monitors the charge state of each cell of the rapid charge / discharge power storage device included in the power storage system 1 and the charge state of each cell of the secondary battery included in the power storage system 1. obtain.
  • the charging state of the plurality of electrically connected quick charging / discharging power storage devices that is, the charging state of the rapid charging / discharging power storage device group
  • the charging state of the plurality of electrically connected secondary batteries that is, Can monitor the state of charge of the secondary battery group.
  • the charge / discharge monitor device 81 monitors the presence or absence of an abnormal state in the power storage system 1.
  • the abnormal state can include, for example, overcharge, overdischarge, excessive temperature rise, and the like of a quick charge / discharge power storage device or a secondary battery.
  • the charge / discharge monitor device 81 when the charge / discharge monitor device 81 detects that the state of charge of the secondary battery in the power storage system 1 has fallen below a predetermined value, the charge / discharge monitor device 81 transmits a signal to a control system (not shown).
  • the control system may be provided in the automatic guided vehicle 80 or may be provided outside the automatic guided vehicle 80.
  • the signal can be transmitted to the control system by wire or wirelessly.
  • the control system that has received a signal notifying that the state of charge of the secondary battery has fallen below a predetermined value can transmit a charge instruction to the automatic guided vehicle.
  • the instructions can be transmitted by wire or wireless.
  • the automatic guided vehicle that has received the instruction moves to a predetermined position where the charger 82 and the power storage system 1 can be electrically connected as necessary, for example, and starts charging.
  • the amount of current supplied from the commercial power supply 25 is unstable, a surge current is generated, and a large current is supplied to the power storage system 1.
  • a control circuit included in the charge / discharge monitor device 81 or the charger 82
  • control is performed so that the current is input to the rapid charge / discharge storage device. Since the rapid charge / discharge power storage device has high energy density and high power acceptability, it can safely cope with surge current. For example, even if a large surge current is input, since the temperature rise of the rapid charge / discharge power storage device can be suppressed, damage to members of the automated guided vehicle 80 due to heating is unlikely to occur.
  • the power once stored in the rapid charge / discharge power storage device is charged in the secondary battery, and the capacity of the rapid charge / discharge power storage device is opened to cope with the occurrence of another surge current.
  • the charge / discharge monitor device 81 detects that the power storage system 1 is fully charged, it transmits a signal to the control system.
  • the fully charged state of the power storage system 1 can be, for example, a state where the secondary battery is fully charged, or a state where both the secondary battery and the quick charge / discharge power storage device are fully charged.
  • the control system can issue an operation start command to the automatic guided vehicle according to the situation.
  • the number of times charging is required can be reduced.
  • a vehicle, an electronic device, and a mechanical facility equipped with the power storage system according to the embodiment can efficiently store regenerative energy. Moreover, since it can respond to instantaneous discharge, contract electric power can be reduced rather than maximum electric power.
  • -Material of negative electrode layer tungsten oxide powder WO 2.72 (particle size 2 ⁇ m), conductive additive (acetylene black with particle size 0.03 ⁇ m), PVDF binder-Material of positive electrode layer: LiCoO 2 powder (particle size 5 ⁇ m) conductive Auxiliary agent (acetylene black having a particle size of 0.03 ⁇ m), PVDF binder ⁇ Positive electrode base material, negative electrode base material: aluminum foil (thickness 15 ⁇ m), or carbon-coated aluminum foil (thickness 15 ⁇ m) ⁇ Separator: Polypropylene (thickness 25 ⁇ m) Electrolyte: EC / DEC (1/1 vol%) 1M LiPF 6
  • Sample 4 was an existing Li ion capacitor.
  • a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes were alternately stacked with separators interposed therebetween.
  • the counter electrode total area shown in Table 1 is the total area of the portions where the negative electrode and the positive electrode face each other.
  • the electrode density was measured as follows. First, arbitrary 3 layers were extracted from the laminated
  • the porosity of the electrode layers was measured as follows. A cross section of 20 ⁇ m ⁇ thickness in the electrode layer was observed (20000 times) using a scanning electron microscope (SEM; Scanning Electron Microscope) to measure the area of the pores. The pore can be identified by the difference in contrast. Moreover, when it was not possible to measure in one field of view, the measurement was divided into multiple times.
  • the power density (both weight and volume units), energy density, cell weight, cell volume, and internal resistance shown in Table 2 were measured by the methods described above.
  • the 1-cell average voltage is obtained by measuring an average voltage when discharged at 1 C in a predetermined voltage range. For example, in the case of the rapid charge / discharge power storage device sample 1, an average voltage measured when the cell is discharged at 1 C in a voltage range of 1.5 V to 2.5 V is shown.
  • the secondary battery has an average voltage of 12 V, a power density of 100 W / kg, an energy density of 30 Wh / kg, a weight of 10 kg, and a volume of 5.7 L.
  • the power storage systems according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were manufactured by combining the rapid charge / discharge power storage device samples 1 to 6 and the secondary battery in parallel.
  • the combination conditions are as shown in Table 3.
  • the weight of the cell of an electrical storage system is the value which totaled the weight of the cell of the rapid charging / discharging electrical storage device, and the cell of a secondary battery.
  • the volume of the power storage system is a value obtained by summing the volume of the cell of the rapid charge / discharge power storage device and the volume of the cell of the secondary battery.
  • Weight power density P S of power storage system (weight power density of quick charge / discharge power storage device ⁇ total cell weight according to number of series + weight power density of secondary battery ⁇ cell total weight according to number of series) / (rapid charge Total cell weight of the discharge electricity storage device + total cell weight of the secondary battery).
  • weight energy density E S of the electricity storage system (weight energy density of rapid charge / discharge electricity storage device ⁇ total cell weight according to the number of series + weight energy density of secondary battery ⁇ cell total weight according to the number of series) / ( Total cell weight of rapid charge / discharge power storage device + total cell weight of secondary battery).
  • Example 1 will be described.
  • six samples 1 power density 7000 W / kg, energy density 22.6 Wh / kg
  • the cell weight at that time is 0.54 kg.
  • the weight of the lead battery power density 100 W / kg, energy density 30 Wh / kg
  • the power storage system according to the example had high power density and energy density. Further, the weight of the cell can be reduced as compared with Comparative Example 1.
  • the power storage system according to the example is smaller than the comparative example 1.
  • the measurement was performed by connecting the alternator ⁇ the rapid charge / discharge power storage device ⁇ the DC-DC converter ⁇ the secondary battery.
  • Applied power of 3 kW, 5 kW, and 10 kW conforms to the output of the alternator. Further, the application time of 10 seconds assumes the deceleration time of the electric vehicle.
  • the measurement results of temperature rise are shown in Table 4. Specifically, the temperature increased from the normal temperature of the power storage system.
  • the temperature increase in the power storage system according to the example is suppressed.
  • the difference in temperature rise between the example and the comparative example was remarkable.
  • the output of the alternator can be 5 kW or higher when the vehicle speed is 25 km / h or higher. That is, in the power storage system according to the example, regenerative energy can be stored even at a speed of 25 km / h or higher. This shows that the power storage efficiency is improved.
  • the frequency of operating the cooling mechanism can be reduced compared to the comparative example. Therefore, the power efficiency in the vehicle can be increased.
  • Li ion secondary battery was prepared as a secondary battery.
  • Li-ion secondary batteries have an average voltage of 3.6 V, a power density of 3400 W / kg (about 6500 W / L), an energy density of 75 Wh / kg (about 140 Wh / L), a weight of 0.25 kg, and a volume of 0.13 L in series. It was. (0.75kg, 0.39L)
  • a power storage system according to Examples 1A to 5A and Comparative Example 1A was manufactured using the Li ion secondary battery instead of the lead battery under the combination conditions shown in Table 5.
  • the secondary battery By changing the secondary battery from a lead battery to a Li-ion secondary battery, the power density P S and energy density E S of the power storage system increased. This is because the secondary battery is replaced with a lightweight one.
  • Example 6 Measurement under the same conditions as in Example 1 was performed, and the temperature increase of the rapid charge / discharge power storage device in Examples 1A to 5A and Comparative Example 1A was measured. The results are shown in Table 6.
  • a power storage system including a secondary battery having a power density of less than 7000 W / kg and a rapid charge / discharge power storage device having a power density of 7000 W / kg or more is provided. Is done.
  • This power storage system can cope with instantaneous high output.

Abstract

二次電池と急速充放電蓄電デバイスを具備する蓄電システムにおいて、二次電池のパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上であることを特徴とする。また、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が９０００Ｗ／ｋｇ以上であることが好ましい。また、二次電池のエネルギー密度が３０Ｗｈ／ｋｇ以上であることが好ましい。

Description

蓄電システム、車両、並びに機械設備
　本発明の実施形態は、蓄電システムおよびそれを用いた車両、電子機器並びに機械設備に関する。
　ＣＯ２削減、省エネの観点からエンジン（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなど）とモータを組合せたハイブリットシステムを搭載した自動車が開発されている。また、モータのみで動く電気自動車や燃料自動車の開発も進められている。
　モータは電気で稼働する。これらモータ駆動の自動車は電気をいかに有効活用するかが求められている。モータ駆動の自動車には電気をためる蓄電システムが搭載されている。自動車の加速時には、蓄電システムから供給される電気によってモータを駆動させている。また、自動車の制動時（減速時）にモータをジェネレータとして機能させて発生させた回生エネルギーを蓄電システムに充電している。
　国際公開番号ＷＯ２００８／００７６２６号公報（特許文献１）には、バッテリ（二次電池）とキャパシタを組合せた蓄電システムを用いることが示されている。キャパシタは二次電池と比べて急速放電・急速充電が可能である。キャパシタを使うことにより、二次電池の劣化を防ぐことが行われている。一方、キャパシタの性能はパワー密度４０００Ｗ／ｋｇ程度であった。例えば、国際公開番号ＷＯ２００１／０９３２８９号公報（特許文献２）には、炭素材と銅を組合せた電極材が使われている。
国際公開第２００８／００７６２６号公報 国際公開第２００１／０９３２８９号公報 国際公開第２０１６／０３９１５７号公報
　回生エネルギーとは、ブレーキング時のエネルギーを回収・蓄積し、再利用することである。ブレーキング時、つまりは減速時のエネルギーを電気に変えて蓄電することになる。従来のキャパシタはパワー密度が４０００Ｗ／ｋｇ程度である。蓄電システムは、自動車の減速時の瞬間的な高出力に備える必要がある。しかしながら、従来のキャパシタの性能では、必ずしも瞬間的な高出力に対応できるものではなかった。このような課題に対応するためのものであり、減速時の瞬間的な高出力に対応できる蓄電システムを提供するためのものである。
　実施形態に係る蓄電システムは、二次電池と急速充放電蓄電デバイスとを具備する。蓄電システムにおいて、二次電池のパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上である。パワー密度の高い急速充放電蓄電デバイスとパワー密度の低い二次電池とを組合せることにより、瞬間的な高出力に対応可能な蓄電システムとすることができる。
図１は、実施形態に係る蓄電システムの一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る蓄電システムの別の一例を示す図である。 図３は、急速充放電蓄電デバイスの一例を示す図である。 図４は、実施形態に係る蓄電システムの一例の自動車における実施の態様を表す概略図である。 図５は、実施形態に係る蓄電システムの一例の電車における実施の態様を表す概略図である。 図６は、実施形態に係る蓄電システムの一例の医療機器における実施の態様を表す回路図である。 図７は、実施形態に係る蓄電システムの一例のエレベータにおける実施の態様を表す概略図である。 図８は、実施形態に係る蓄電システムの一例のロボットにおける実施の態様を表す概略図である。
　実施形態に係る蓄電システムは、二次電池と急速充放電蓄電デバイスを具備する蓄電システムにおいて、二次電池のパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上であることを特徴とするものである。
　図１に蓄電システムの一例を示した。図中、１は蓄電システム、２は二次電池、３は急速充放電蓄電デバイス、である。
　蓄電システム１では、二次電池２と急速充放電蓄電デバイス３とが並列に接続されている。二次電池２には、充電および放電ができる電池が挙げられる。このような電池としては、Ｌｉイオン二次電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、燃料電池などが挙げられる。二次電池２はパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満である。また、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上である。また、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度は９０００Ｗ／ｋｇ以上であることが好ましい。
　パワー密度は、１ｋｇ（キログラム）あたりどのくらいの出力を示したものである。蓄電デバイスの瞬間的な電力供給量を示す値である。パワー密度が大きければ大きいほど、瞬間的な電力供給量が大きいことを示す。
　また、パワー密度は、重量あたりの出力だけでなく、体積あたりの出力として表現することもできる。例えば、パワー密度を上記した１ｋｇあたりの出力の代わりに、１Ｌ（リットル）あたりの出力として表すことができる。体積の単位を１Ｌとして表す体積当たりのパワー密度は、１Ｌあたりどのくらいの出力が得られるかを示したものである。
　急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上であり、且つ１００００Ｗ／Ｌ以上であることが好ましい。この場合、急速充放電蓄電デバイス、ひいては蓄電システムの軽量化および小型化の何れにも対応できる。
　急速充放電蓄電デバイスについてのパワー密度は、例えば次のようにして求めることができる。
　急速充放電蓄電デバイスの単セルについての重量で表すパワー密度、即ち重量パワー密度Ｐ（Ｗ／ｋｇ）を下記式（１）により求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Ｖ１は放電開始電圧（Ｖ）、Ｖ２は放電終了電圧（Ｖ）、Ｒは内部抵抗（Ω）、Ｍはセル重量（ｋｇ）である。
　急速充放電蓄電デバイスの単セルについての体積で表すパワー密度、即ち体積パワー密度Ｐ（Ｗ／Ｌ）を下記式（２）により求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、Ｖ１は放電開始電圧（Ｖ）、Ｖ２は放電終了電圧（Ｖ）、Ｒは内部抵抗（Ω）、Ｖはセル体積（Ｌ）である。
　蓄電デバイスが例えば、後述するような酸化タングステンを電極層に含んだ急速充放電蓄電デバイスである場合は、放電開始電圧Ｖ１及び放電終了電圧Ｖ２は次の値に設定され得る。放電開始電圧Ｖ１は、２．５Ｖに設定される。放電終了電圧Ｖ２は、１．５Ｖに設定される。ここでいう放電開始電圧Ｖ１及び放電終了電圧Ｖ２とは、例えば、蓄電デバイスが過充電や過放電にならずに安全に充放電できる電圧範囲の上限値および下限値に該当し得るものであり、蓄電デバイスのラミネートセルの充電状態（ＳＯＣ；State of Charge）が１００％の時のセル電圧および０％の時のセル電圧にそれぞれ対応し得る。
　内部抵抗Ｒは、次のようにして測定できる。先ず、測定対象としての蓄電デバイス、例えば、ラミネートセルのＳＯＣを５０％に調整する。このラミネートセルを対象に、交流インピーダンス法にて１ｋＨｚ（振幅１０ｍＶ）での直列抵抗を測定し、得られた値を内部抵抗Ｒとする。
　セル重量Ｍは、測定対象であるラミネートセルの重量（外装容器等を含む）を測定して得られる。セル体積Ｖは、ラミネートセルにおける積層電極部分（外装容器等を含まない）の寸法を測定し、縦方向の長さ、横方向の幅、及び厚さから算出する（Ｖ＝縦×横×厚さ）。
　性能が十分でない蓄電装置を用いた場合に個々の蓄電装置の性能を補うために、例えば複数の蓄電装置が電気的に直列接続され得る。この場合、全体としては十分な性能が得られたとしても、蓄電装置の個数が多くなってしまうため、総合的な重量や体積が大きくなってしまう。つまり、複数の蓄電装置を併用することで総合的な出力（パワー）を高くできても、重量や体積あたりの出力（パワー密度）は低いままである。
　実施形態の蓄電システムにおける急速充放電蓄電デバイスはパワー密度が高く、例えば単一のセルの状態でも十分な出力を示し得る。また、急速充放電蓄電デバイスのセルを複数、例えば電気的に直列接続した場合も、総合的な重量や体積の増加を比較的低く抑えつつも、高い出力を得ることができる。即ち、急速充放電蓄電デバイスの重量パワー密度は、例えばセル一個あたりで７０００Ｗ／ｋｇ以上である。また、複数のセルを直列接続させた場合も総合的な重量パワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上であり得る。同様に、急速充放電蓄電デバイスの体積パワー密度は、例えばセル一個あたりで１００００Ｗ／Ｌ以上であり、複数のセルを直列接続させた場合も総合的な体積パワー密度が１００００Ｗ／Ｌ以上であり得る。
　具体例として、例えば、１セルのパワー密度が１３０００Ｗ／ｋｇ、１セルの重量が０．０９ｋｇの急速充放電蓄電デバイスを直列に１２個接続した場合、総合的なパワー（Ｗ）は１４０４０（Ｗ）となる。パワー（Ｗ）＝パワー密度（Ｗ／ｋｇ）×重量（ｋｇ）×直列数で求められる。或いは、パワー（Ｗ）＝パワー密度（Ｗ／Ｌ）×体積（Ｌ）×直列数で求めることもできる。
　実施形態の蓄電システムは、パワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満の二次電池と、７０００Ｗ／ｋｇ以上の急速充放電蓄電デバイスとを組合せたものである。パワー密度の高い急速充放電蓄電デバイスを用いているため、二次電池よりも先に急速充放電蓄電デバイスにより充放電を行うことができる。そのため、瞬間的な電力供給が可能となる。
　また、二次電池はエネルギー密度が３０Ｗｈ／ｋｇ以上であることが好ましい。エネルギー密度は二次電池の容量を示す値である。容量の大きな二次電池と、瞬発力の高い蓄電デバイスを組合せた蓄電システムである。このような蓄電システムは、急速充放電蓄電デバイスにより、急速充放電を行うことができる。そのため、二次電池の充放電の回数を減らすことができる。これにより、二次電池の劣化を防ぐことができる。
　二次電池の種類によってパワー密度およびエネルギー密度の値が異なるが、典型的な例を以下に挙げる。
　典型的なリチウムイオン二次電池のパワー密度は、例えば、２４００Ｗ／ｋｇ（約３７３０Ｗ／Ｌ）程度であり得る。典型的なリチウムイオン二次電池のエネルギー密度は、例えば、１２０Ｗｈ／ｋｇ（約１９０Ｗｈ／Ｌ）程度であり得る。
　典型的な鉛電池のパワー密度は、例えば、１００Ｗ／ｋｇ程度であり得る。典型的な鉛電池のエネルギー密度は、例えば、３０Ｗｈ／ｋｇ程度であり得る。
　典型的なニッケル水素電池のパワー密度は、例えば、３００Ｗ／ｋｇ程度であり得る。典型的なニッケル水素電池のエネルギー密度は、例えば、４０Ｗｈ／ｋｇ程度であり得る。
　なお、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ；Electric Double Layer Capacitor）のような典型的なキャパシタのパワー密度は、例えば、６７００Ｗ／ｋｇ程度であり得る。典型的なキャパシタのエネルギー密度は、例えば約４Ｗｈ／ｋｇ程度であり得る。
　また、二次電池のセルと急速充放電蓄電デバイスのセルの重量の合計重量を蓄電システムのセルの重量としたとき、蓄電システムのエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）／蓄電システムのセルの重量（ｋｇ）の比が１以上であることが好ましい。蓄電システムのセルの重量に対し、エネルギー密度が高いということは容量に対し軽量化ができていることを示すものである。
　言い換えると、蓄電システムのエネルギー密度をＥＳと表し、蓄電システムにおける二次電池のセルと急速充放電蓄電デバイスのセルとの合計重量をＷＳと表したとき、蓄電システムのエネルギー密度ＥＳ（Ｗｈ／ｋｇ）と蓄電システムのセルの重量Ｗｓ（ｋｇ）との比ＥＳ／ＷＳ、即ち蓄電システムにおけるセルの総重量に対する総エネルギー密度が１以上であることが好ましい。このような好ましい蓄電システムは、ＥＳ／ＷＳ≧１という関係を満たしている。
　また、パワー密度の高い急速充放電蓄電デバイスを使うことにより、蓄電システムの小型化、軽量化も可能である。蓄電システムの小型化、軽量化は後述する車両などに搭載したときに車両の燃費改善にも効果がある。また、後述するように車両の回生エネルギーを充電するときに、２５ｋｍ／ｈ以上の速度でも蓄電可能となる。
　また、図２に示したように、二次電池または急速充放電蓄電デバイスのいずれか１種または２種を複数個接続しても良い。図２では、第一の二次電池２－１、第二の二次電池２－２、第一の急速充放電蓄電デバイス３－１、第二の急速充放電蓄電デバイス３－２、である。第一の二次電池２－１と第二の二次電池２－２とを直列に接続している。また、第一の急速充放電蓄電デバイス３－１と第二の急速充放電蓄電デバイス３－２とを直列に接続している。二次電池同士を直列、急速充放電蓄電デバイス同士を直列に接続する。二次電池群と急速充放電蓄電デバイス群とを並列に接続する。これによって蓄電システムの容量を大きくすることができる。
　図２では、二次電池群において２つの二次電池（２－１及び２－２）が電気的に直列に接続されている例を示した。しかし、二次電池群では、３つ以上の二次電池が直列に接続されていてもよい。或いは、二次電池群において、３つ以上の二次電池が直列接続と並列接続とを組み合わせて電気的に接続されていても良い。
　一方で、図２における急速充放電蓄電デバイス群では、２つの急速充放電蓄電デバイス（３－１及び３－２）が電気的に直列に接続されている例を示した。しかし、急速充放電蓄電デバイス群では、３つ以上の急速充放電蓄電デバイスが直列に接続されていてもよい。或いは、急速充放電蓄電デバイス群において、３つ以上の急速充放電蓄電デバイスが直列接続と並列接続とを組み合わせて電気的に接続されていても良い。
　また、二次電池２と急速充放電蓄電デバイス３との電気的な接続の形態は、並列接続に限定されない。例えば、蓄電システム１が自動車などの車両に備えられている場合には、二次電池２と急速充放電蓄電デバイス３と（二次電池群と急速充放電蓄電デバイス群と）が電気的に直列接続され得る。
　自動車には、オルタネータが用いられている。詳細は後述するが、オルタネータで発電した電気（回生エネルギー）は、先ず、急速充放電蓄電デバイスに蓄えられる。その後、急速充放電蓄電デバイスからの電気は、ＤＣ－ＤＣコンバータなどの制御回路を介して急速充放電蓄電デバイスと電気的に直列接続されている二次電池に充電される。二次電池に充電された電気は、例えば自動車に内装されているエアコンなどの電子機器を含む負荷へ供給され、利用することができる。
　なお、自動車のオルタネータに接続されている蓄電デバイスは、二次電池群と急速充放電蓄電デバイス群とが電気的に並列接続されていてもよい。
　また、二次電池と急速充放電蓄電デバイスは一体化したユニット構造であってもよいし、離れた位置に配置しても良い。
　二次電池と急速充放電蓄電デバイスは、電気的に直接接続されていてもよく、或いは、上記例と同様に、例えばＤＣ－ＤＣコンバータなどの制御回路を介して接続されていてもよい。
　また、制御回路としては、ＤＣ－ＤＣコンバータの他に、スイッチング素子、平均セル電圧制御、電流センサなどが挙げられる。加えて、必要に応じ、ＣＰＵ、温度センサなどを設けてもよい。
　また、急速充放電蓄電デバイスは、電極層に酸化タングステン粉末を具備することが好ましい。図３に急速充放電蓄電デバイスのセル構造の一例を示した。図中、４は負極側電極、５は正極側電極、６は負極層、７は正極層、８はセパレータ、９は電解液、である。
　負極側電極４上には負極層６が設けられている。また、正極側電極５上には正極層７が設けられている。負極層６と正極層７とはセパレータ８を介して対向配置されている。また、負極層６と正極層７との間には電解液９が充填されている。
　負極層６または正極層７のいずれか一方に酸化タングステン粉末を具備することが好ましい。また、酸化タングステン粉末は、活性化エネルギーＥαが０．０５ｅＶ以下であることが好ましい。また、該粉末が常温（２５℃）でホッピング伝導特性を有することが好ましい。また、該粉末の酸素欠損量が１×１０１８ｃｍ－３以上であることが好ましい。また、該粉末のキャリア密度が１×１０１８ｃｍ－３以上であることが好ましい。また、該粉末の平均粒径は５０μｍ以下、さらには１０μｍ以下であることが好ましい。また、平均粒径１μｍ未満のナノ粒子とすることが好ましい。このような酸化タングステン粉末は国際公開番号ＷＯ２０１６／０３９１５７号公報（特許文献３）に示されている。
　該酸化タングステン粉末は、酸素欠損を設けることにより蓄電容量を高くし、充放電効率を高めることができる。また、酸素欠損量を増やすことにより、ＷＯ２．６８～２．７５の範囲になるようにすることが好ましい。
　酸化タングステンの結晶構造へ酸素欠損を導入することで、結晶構造中のＬｉイオンの拡散経路が大きくなる。例えば、ＷＯ２．７２で表される組成を有する酸化タングステンの結晶構造は、ヘキサゴナルトンネルを有しており、結晶中のＬｉイオンの拡散が速い。そのためＬｉイオン伝導性が高いので、充放電効率が高くなる。また、後述するとおり、酸素欠損を導入することで酸化タングステンを含む電極層の内部抵抗を低下させることができる。ひいては、急速充放電蓄電デバイスの内部抵抗を低減することができる。
　酸化タングステンの結晶構造への酸素欠損の導入は、例えば酸化タングステン粉末に対し、水素混合窒素雰囲気中での処理を実施することで行うことができる。
　また、正極側電極５と負極側電極４は導電材料からなるものである。導電材料としては銅、アルミニウム、チタン、カーボンコートアルミニウム、カーボンコート銅およびこれらの合金が挙げられる。
　また、酸化タングステン粉末を負極層６に用いたとき、正極層７はリチウム複合酸化物が好ましい。リチウム複合酸化物としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、三元系材料（例えば、ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2）などが好ましい。また、酸化タングステン粉末を正極層７に用いたとき、負極層６はＬiをプレドープした黒鉛系材料や金属層であることが好ましい。黒鉛系材料としてはグラファイト、ハードカーボン、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンが挙げられる。金属層としてはリチウム、シリコン、シリコン合金が挙げられる。このように酸化タングステン粉末からなる電極層に対向配置される電極層はＬｉ単体またはＬｉ複合酸化物であることが好ましい。これらの組合せはＬｉイオンの受け渡しを効率的に行える。そのため、パワー密度およびエネルギー密度を大きくすることができる。
　また、酸化タングステン粉末を含んだ電極層の内部抵抗を下げることが、急速充放電蓄電デバイスのセルの軽量化および小型化のうえで望ましい。具体的には、電極層の内部抵抗を下げることで、急速充放電蓄電デバイスの内部抵抗を１０Ω・ｃｍ２以下にすることが好ましい。
　また、内部抵抗を低減させることにより、蓄電時にセルの発熱量を低減することができる。これにより、車両の移動速度が２５ｋｍ／ｈ以上であっても、回生エネルギーなどの電気エネルギーを安全に蓄電することができる。
　車両の移動速度が速いと回生エネルギーは大電流となる。大電流を蓄電しようとするとセルが発熱し、安全上の問題が生じていた。このため従来は、例えば、１５ｋｍ／ｈ以下の低速領域でのみ回生エネルギーを蓄電していた。実施形態にかかる急速充放電蓄電デバイスは内部抵抗を低減しているため、セルの発熱量を抑制することができる。これにより、車両の移動速度が２５ｋｍ／ｈ以上であっても、蓄電する際の安全性が高い。
　蓄電デバイスにおける内部抵抗は、例えば、以下のようにして低下させることができる。例えば、酸化タングステンの結晶構造に酸素欠損を導入することで、電極層の内部抵抗を下げることができる。
　また、酸化タングステン粉末に導電材料を混合する方法も挙げられる。また、酸化タングステン粉末からなる電極層と負極側電極または正極側電極の間に導電材料を設けることも有効である。導電材料としてはカーボン粉末が挙げられる。酸化タングステン粉末と導電材料を一緒に用いることにより電極層の内部抵抗を低減することができる。内部抵抗の低減はパワー密度の向上につながる。酸化タングステン粉末の重量をＡ（ｇ）、導電材料（カーボン粉末）の重量をＢ（ｇ）としたとき、０．０１≦Ｂ／Ａ≦０．３の範囲であることが好ましい。０．０１未満では導電材料の添加の効果が小さい。また、０．３を超えると酸化タングステン粉末の割合が減るため容量が低下する。また、酸化タングステン粉末の平均粒径をＣ（μｍ）、導電材料の平均粒径をＤ（μｍ）としたとき、Ｃ＞Ｄであることが好ましい。導電材料の粒径を小さくすることにより、酸化タングステン粉末同士の隙間に入り込むので内部抵抗を低減し易い。
　酸化タングステンと混合する導電材料や、電極層と負極側電極または正極側電極との間に設ける導電材料として、より具体的には、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイトなどといった導電助剤を用いることができる。例えば、粒子状の導電助剤と酸化タングステン粉末とを混合することで、電極層における粒子間のコンタクト抵抗を低減し、その結果内部抵抗を抑えることができる。
　また、電極層と負極側電極または正極側電極との間に導電材料を設ける場合、例えば負極側電極または正極側電極としての金属箔や合金箔の上にカーボン層などの導電層を形成することで、導電性を向上するとともに、電極層と箔との密着性を向上させることができる。
　導電層の形成方法は次のものに限られないが、例えば、次の様にして導電層を形成することができる。導電材料が含まれているコート材を箔の表面に塗布する。塗布したコート材を乾燥させることで、導電層が得られる。なお、導電材料としてカーボン材料を含んだコート材を用いてアルミニウム箔上にカーボン層を形成した場合は、カーボンコートアルミニウムが作製され得る。
　内部抵抗を低下させるさらに別の方法として、プレス処理を施すことで電極密度を増大させる方法が挙げられる。一例として、負極層に酸化タングステン粉末が含まれている場合を以下に説明する。
　先ず、負極側電極の上に負極層（酸化タングステン層）を形成する。負極層は、酸化タングステン粉末の他に導電材料（導電助剤）を含んでいてもよい。また、負極側電極は、導電層を含むものであってもよい。
　形成した負極層に対しプレス処理を行う。この際、プレス前の電極密度、例えば、１．８ｇ／ｃｍ３であった負極層の密度がプレスの結果、例えば、３．６ｇ／ｃｍ３程度に増加し得る。プレス後の電極密度が２．２ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、３．０ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。また、対極である正極（酸化タングステンを含まない）に対してもプレス処理を実施することが好ましい。
　以上の例では、酸化タングステンを含む負極層を用いた場合について説明したが、酸化タングステンを含む正極層を備えた蓄電システムの場合も同様に、プレスにより正極層の密度を増加させることができる。
　プレス処理におけるプレス圧は、負極側および正極側の何れについても、３００ｋｇ／ｃｍ以上とすることが好ましい。これにより、負極層および正極層の何れもの電極密度を２．２ｇ／ｃｍ３以上にすることができる。
　内部抵抗を低減させるこれらの手段を組合せてもよい。例えば、酸素欠損のある酸化タングステンとカーボン層をコートした金属箔とを組み合わせることができる。
　また、正極層７および負極層６の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下の範囲であることが好ましい。また、酸化タングステン粉末からなる正極層７または負極層６は空隙率が２０％以上８０％以下の範囲であることが好ましい。膜厚が１μｍ未満では酸化タングステン粉末量が小さいため容量が低下する。一方、１００μｍを越えて厚いと、電解液が内部まで入り難くなるおそれがある。また、空隙率が８０％を超えて高いと酸化タングステン粉末量が減るため容量が低下する。また、空隙率が２０％未満であると電解液が内部まで入り難くなるおそれがある。
　正極層７及び負極層６の何れの電極層についても、電解液が内部まで入らないと、酸化タングステン粉末やそれ以外の電極材料と電解液との接触面積が低下する。その結果、正極と負極との間のＬｉイオンの受け渡し効率が低下するため、蓄電デバイスのパワー密度が低下し得る。
　上述したようにプレス処理により電極密度を増加させる場合、空隙率が２０％以上８０％以下に留まる範囲で電極密度を上げることが望ましい。
　また、セパレータは、多孔質のポリエチレン、ポリプロピレンからなり、厚みは５μｍ以上５０μｍ以下であり、負極電極と正極電極による短絡を防止することが好ましい。また、電解液は、Ｌｉ塩としてＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３を電解質として含有し、非水溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ガンマブチロラクトン（γ-ＢＬ）、バレロラクトン（ＶＬ）およびこれらの混合溶媒であることが好ましい。
　正極と負極とが向き合う面積が多い方が、これらの電極間でＬｉイオンを効率的に受け渡しできる領域が多くなるため、パワー密度を向上させるうえで望ましい。正極と負極との対向面積は、例えば、それぞれの電極の面積を拡大し、且つ互いに重なり合う部分が多い配置を取ることで大きくすることができる。また、複数の正極と複数の負極とを用いて、例えば、多層積層型のラミネートセルを構築することで、正極と負極との対向面積を総合的に大きくすることができる。
　上記設計を適切に組み合わせることで、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度を７０００Ｗ／kｇ以上にすることができる。具体的には、酸化タングステン粉末を電極層に用い、上記手段により内部抵抗を低減させ、電極層の厚さ及び空隙率を上述した範囲とし、且つ正極と負極とが対向する面積を多くすることで、高いパワー密度を示す急速充放電蓄電デバイスを得ることができる。
　以上のような蓄電システムは、急速充放電が可能となる。また、パワー密度の高い急速充放電蓄電デバイスを優先的に使用することができるので二次電池の使用回数を減らすことができる。この結果、二次電池の寿命を延ばすことができる。また、パワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上の急速充放電蓄電デバイスを用いることにより、蓄電システムとしての小型化、軽量化もなし得ることができる。
　このような蓄電システムは、車両、電子機器、機械設備に用いることが好ましい。
　車両は、自動車、電鉄などが挙げられる。自動車は、ハイブリット自動車、電気自動車などのモータで駆動する自動車が挙げられる。また、自動車は、自家用車、バス、クレーン車、トラックなど特に限定されるものではない。
　モータで駆動する車両は減速時のエネルギーを回収・蓄積し、再利用している。減速時のエネルギーを回生エネルギーと呼んでいる。この回生エネルギーを急速充放電蓄電デバイスに蓄電していく。回生エネルギーは減速時、つまりはブレーキング時に発生していく。ブレーキはその都度踏まれるものである。パワー密度７０００Ｗ／ｋｇ以上の急速充放電蓄電デバイスを用いているため、瞬間に発生する回生エネルギーを効率的に回収できる。また、モータの加速時に必要な電気を瞬間的に供給することができる。また、回生エネルギーは減速時に発生する。これまでは１５ｋｍ／ｈ以下まで減速したときしか蓄電できていなかった。パワー密度７０００Ｗ／ｋｇ以上の急速充放電蓄電デバイスを用いることにより、車両の移動速度が２５ｋｍ／ｈ以上であるときにも回生エネルギーを蓄電することができる。この点からも蓄電効率が上がる。また、軽量化もできることから燃費の向上にもつながる。
　また、電子機器は、電気で駆動する装置を示す。例えば、ＣＴなどの医療機器は最大電力に合わせて契約電力を決めている。それに対し、通常の使用状況では最大電力の５０％～８０％程度で使われている。実施形態に係る蓄電システムを用いることにより、最大電力が必要なときだけ足りない電力を蓄電システムから供給することができる。この結果、契約電力を下げることができる。パワー密度の高い急速充放電蓄電システムを用いていることから、瞬間的に最大電力が必要になったとしても十分供給できる。電子機器は、例えば、蓄電システムにより最大電力に不足する電力を補う使い方をするものを含む。
　また、機械設備は稼働する設備がついたものである。機械設備としては、エレベータ、クレーン、ロボット、工作機械から選ばれる一種が挙げられる。これら機械設備はモータで稼働する設備を有するものである。例えば、エレベータは、かごを上下に昇降させるモータ（巻上機）がついている。モータがついているものは、上昇と下降を繰り返す。昇降のときに回生エネルギーを蓄電することができる。パワー密度７０００Ｗ／ｋｇ以上の急速充放電蓄電デバイスを用いることにより、わずかな加速・減速であっても蓄電できる。
　実施形態に係る蓄電システムについて、車両および機械設備における具体例な実施の態様を、図面を参照して以下に説明する。
　実施形態に係る蓄電システムについての車両、より具体的には自動車における実施の態様の一例として、図４に自動車の回生エネルギーの回収を表す概略図を示した。図中、２は二次電池、３は急速充放電蓄電デバイス、１０はオルタネータ、１１はＤＣ－ＤＣコンバータ、１２は負荷、４１はエンジン、４２は車輪である。
　オルタネータ１０は、エンジン４１の回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する交流発電装置であり、エネルギー回生を担う。例えば、自動車の減速時においても、路面を転がる車輪４２の回転が車軸や差動ギアなどの動力伝達機構を介してエンジン４１に伝わるため、エンジン４１は回転する。オルタネータ１０は、この回転のエネルギーを利用して発電を行う。
　オルタネータ１０により発電した電気エネルギーは、一旦、急速充放電蓄電デバイス３に蓄電される。その後、急速充放電蓄電デバイス３からＤＣ－ＤＣコンバータ１１を介して二次電池２に電気を貯めることができる。また、二次電池２から負荷１２へ電気を供給し、利用することができる。負荷１２は、例えば、カーナビゲーションシステム、エアコン、オーディオ機器などといった、自動車に内装されている電子機器などを含む。
　負荷１２のための電力として二次電池２に貯めた電気を用いることで、例えばハイブリッドカーにおける燃料を消費するエンジンでの発電を少なくしても、十分に電力を供給し得る。その結果、燃料消費を低減させることができる。
　オルタネータ１０により発電し、蓄電システムへ充電することをエネルギー回生と云う。つまり、自動車の減速時の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生エネルギーとして回収する。
　減速エネルギー回収量は、充電受け入れ性の影響を大きく受ける。つまり、オルタネータから回生エネルギーをバッテリや蓄電システムへ充電（蓄電）する際、バッテリや蓄電システムの充電（蓄電）速度および容量が十分でないと、回生エネルギーの回収率が低下し得る。例えば、鉛バッテリの充電受け入れ性が制限となり、オルタネータの発電電力を効率よく回収できない場合がある。そのため、キャパシタの活用検討が進められている。しかし、端子電圧がほぼ一定の鉛バッテリに対し、キャパシタは充電状態によって電圧が変化する。そのため、オルタネータは幅広い電圧に対応する必要がある。これを鑑みて、１２Ｖ－２５Ｖの電圧に対応した可変電圧式オルタネータも開発されている。このオルタネータの採用によって、減速回生時にキャパシタ電圧を最大２５Ｖまで上昇させて発電することが可能であり、エネルギー回生量を向上できる。
　オルタネータの出力および電圧に応じて、電流量が変化する。例えば、蓄電システムの端子電圧が２４Ｖであると仮定した場合、オルタネータからの出力が３ｋＷであれば１２５Ａの電流で蓄電システムが蓄電され（３ｋＷ＝２４Ｖ×１２５Ａ）、出力が５ｋＷであれば２０８Ａの電流（５ｋＷ＝２４Ｖ×２０８Ａ）、出力が１０ｋＷであれば４１６Ａの電流（１０ｋＷ＝２４Ｖ×４１６Ａ）で蓄電システムが蓄電される。
　オルタネータから蓄電システムへの電流量が多すぎると、セルが発熱して温度上昇することにより安全性が損なわれるおそれがある。安全性を確保するために、例えば、温度上昇してしまった場合に冷却機構のスイッチを入れる、又はそれ以上の電流が流れないようにストップを掛ける安全機構を備えた制御回路を採用することができる。冷却機構の稼働に電力を消費することになるため、電流量が多くなり過ぎないことが望ましい。例えば、蓄電システムの充電受け入れ性がオルタネータの出力に対応できる設計とすることが望ましい。
　二次電池２は、急速充放電蓄電デバイス３と比較して大きい容量を有する。急速充放電蓄電デバイス３からＤＣ－ＤＣコンバータ１１を介して二次電池２に回生した電気を充電することで、急速充放電蓄電デバイス３の容量に空きを設けることができる。こうすることで、急速充放電蓄電デバイス３は自動車が次に減速する際発生する回生エネルギーを余さず回収することができる。急速充放電蓄電デバイス３の容量に十分な空きがないと、回生エネルギーを回収できる量が少なくなり得る。或いは、急速充放電蓄電デバイス３が過充電状態になり、安全性が損なわれる虞がある。
　実施形態に係る蓄電システムについての車両、より具体的には電車、即ち鉄道用車両における実施の態様の一例として、図５に電車の回生エネルギーの回収を表す概略図を示した。図中、５０は電車、５１はパンタグラム、５２は車輪、１は蓄電システム、２１は電圧変換器、２２はインバータ、２３は架線、３１は線路である。
　電車５０において、パンタグラム５１、電圧変換器２１、蓄電システム１、インバータ２２、並びに車輪５２を駆動させる駆動モータ（図示しない）が電気的に接続されている。また、パンタグラム５１は、電車５０の路線上に配されている架線２３と接触する。パンタグラム５１と架線２３との接触を確実にするため、パンタグラム５１は、例えば、バネ状の構造により高さの変化が可能なものであり得る。
　架線２３からパンタグラム５１を介して電車５０内へ直流電力が供給される。電圧変換器２１は、直流電圧を適宜変換、例えば、１５００Ｖの直流を６００Ｖの直流へと変換し、インバータ２２及び蓄電システム１に供給する。電圧変換器２１は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータであり得る。インバータ２２は、直流電力を交流に変換し、駆動モータに供給する。駆動モータの作動により車輪５２が駆動することで、電車５０が走行することができる。
　蓄電システム１に供給された直流電力は、例えば、蓄電システム１に含まれている二次電池または二次電池群に蓄電される。また、直流電流は、二次電池の代わりに、蓄電システム１に含まれている急速充放電蓄電デバイス又は急速充放電蓄電デバイス群、又は急速充放電蓄電デバイス（群）及び二次電池（群）の両方に蓄電されてもよい。
　電車５０を減速させる際、例えば駆動モータへの電力供給がカットされ、ブレーキがかけられる。車輪５２が線路３１上を転がることによって駆動モータが回転し、回生電力が発生する。インバータ２２は、駆動モータで発生した回生電力を直流に変換し、蓄電システム１へと供給する。直流変換されて蓄電システム１へと供給された回生電力は、急速充放電蓄電デバイスに蓄電される。蓄電システム１が回生電力を蓄電することで、減速時に運動エネルギーを回生できる。
　急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が高いため、蓄電システム１の充電受け入れ性が高い。例えば、瞬間的な回生電力量が多くても急速充放電蓄電システムの温度上昇が少ない。そのため、駅間で高い走行速度までの加速とそこからの減速を繰り返す電車５０では減速時の回生電力が大電流となり得るが、蓄電システム１は大電流の入力に対応できる。
　エネルギー回生により急速充放電蓄電デバイスに蓄電された回生電力は、その後二次電池に充電され得る。上述した自動車の場合と同様に、より容量の大きい二次電池に回生エネルギーを移し急速充放電蓄電デバイスに容量の空きを設けることで、電車５０が次に減速した際の回生電力をより多く回収することができる。急速充放電蓄電デバイスに容量の空きを確保するために、パンタグラム５１を介して供給される電力は、蓄電システム１の二次電池に充電されることが好ましい。
　蓄電システム１（急速充放電蓄電デバイス及び／又は二次電池）に蓄えた電力は、例えば、架線２３がない区間において電車５０を走行させるために用いることができる。また、その他の負荷、例えば、照明やエアコン、電子表示パネルなどの電車５０が内装する電子機器の電力として、蓄電システム１に蓄えた電力を用いることができる。
　機械設備における蓄電システムの実施の態様を、図面を参照して説明する。なお、実施形態に係る蓄電システムを用いる機械設備としては、駆動のために電力源を要する電子機器や、稼働する際に電力源を要する設備を含む機械設備を挙げることができる。
　実施形態に係る蓄電システムについての機械設備、より具体的には医療機器における実施の態様の一例として、図６にＸ線発生装置を表す回路図を示した。図中、６０はＸ線発生装置、６１はジェネレータ（Ｘ線発生器）、６２は中央演算処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）、１は蓄電システム、２４は配電盤、Ｒ１は撮影室である。
　Ｘ線発生装置６０は、例えば、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に含まれているＸ線照射装置であり得る。Ｘ線ＣＴ装置は、例えば、Ｘ線発生装置６０との有線または無線での信号のやり取りが可能なＸ線検出器を含み得る。
　ＣＰＵ６２は、Ｘ線発生装置６０の動作を制御する。例えば、ＣＰＵ６２は、Ｘ線発生装置６０の各部への電力の供給を制御および管理し得る。また、ＣＰＵ６２は、Ｘ線発生装置６０とＸ線検出器との信号のやり取りを含むＸ線ＣＴ装置全体の動作を制御および管理し得る。
　配電盤２４から商用電力が蓄電システム１へと供給される。商用電力は蓄電システム１の急速充放電蓄電デバイス、二次電池、又は急速充放電蓄電デバイスと二次電池との両方に蓄電される。また、商用電力の一部は、ＣＰＵ６２に供給され、ＣＰＵ６２を作動させるために用いられる。配電盤２４は、例えば、Ｘ線発生装置６０を備えた医療施設などに設置されている配電盤であり得る。
　蓄電システム１に蓄えられた電力は、ジェネレータ６１へと供給される。使用状況に応じてジェネレータ６１が必要とする電力量が異なるため、ジェネレータ６１への電力の供給量はＣＰＵ６２によって制御される。例えば、Ｘ線画像の撮影のためにＸ線を発生させる際にジェネレータ６１が消費する電力は、５．５ｋＷｓであり得る（出力が８０ｋＷであるＸ線ジェネレータを用い、１１０ｋＶＡを５０ｍｓｅｃの間消費するとした場合）。一方で、例えばＸ線画像の撮影後、次の撮影まで待つ間の待機時間中は、ジェネレータ６１が消費する電力が低い。
　短期間で多くの電力が必要なとき、例えば、瞬間的に高い出力が必要とされるＸ線発生時は、急速充放電蓄電デバイスからジェネレータ６１へ電力が供給され得る。急速充放電蓄電デバイスのエネルギー密度が高いため、瞬間的な高出力に対応できる。電力消費量が少ない待機時間中などは、例えば、二次電池からジェネレータ６１へ電力が供給され得る。Ｘ線画像の撮影時などの高出力に備えて電力の蓄えを確保するために、高出力が必要なときだけ急速充放電蓄電デバイスに蓄えた電力を利用することが望ましい。
　Ｘ線発生装置６０は、例えば、ジェネレータ６１にてＸ線を発生させる際は多くの電力（例えば、５．５ｋＷｓ）を必要とするが、例えば、待機中は多くの電力を要しない。つまり、ジェネレータ６１を作動させる時だけ高い電力供給量が必要になり得る。例えば、待機中に配電盤から供給される商用電力を蓄電システム１の急速充放電蓄電デバイスに蓄電し、ジェネレータ６１を作動させる際に急速充放電蓄電デバイスに蓄えた電力を瞬間的に取り出して利用することができる。具体的な例として、ジェネレータ６１を作動させる電力量が５．５ｋＷｓであり、５秒ごとに１回作動させて撮影を行うとする。急速充放電蓄電デバイスに１．１ｋＷの電力を５秒間の待機時間中に供給して蓄えれば、撮影の瞬間におけるジェネレータ６１の作動を賄うことができる。
　このように、蓄電システム１を利用することにより、配電盤２４から常時供給する電力を低く抑えても、ジェネレータ６１に十分な電力を供給することができる。そのため、契約電力がＸ線発生装置６０の作動に必要な最大電力に満たない場合でも、Ｘ線発生装置６０の作動に支障をきたさない。
　Ｘ線発生装置６０のジェネレータ６１とＣＰＵ６２と蓄電システム１とは、図示するように医療施設における撮影室Ｒ１の中に設置され得る。或いは、ＣＰＵ６２及び蓄電システム１の少なくとも一方は撮影室Ｒ１の外に設置され得る。例えば、ＣＰＵ６２及び／又は蓄電システム１は、撮影室Ｒ１に隣接する前室（図示しない）に設置され得る。また、配電盤２４は、図６に示すように撮影室Ｒ１の外に設置してもよく、或いは撮影室Ｒ１内に設置してもよい。
　医療施設は、ジェネレータ６１がそれぞれに設置されている複数の撮影室Ｒ１を備え得る。複数の撮影室Ｒ１は、それぞれにＣＰＵ６２が設置されていてもよく、或いは、例えば一つのＣＰＵがすべての撮影室における動作を統括して管理していてもよい。また、複数の撮影室Ｒ１は、それぞれに蓄電システム１が設置されていてもよく、或いは、例えば一つの蓄電システム１が複数の撮影室Ｒ１におけるそれぞれのジェネレータ６１への電力供給を賄うことができる設計としてもよい。
　実施形態に係る蓄電システムについてのエレベータにおける実施の態様の一例として、図７にエレベータの稼働を表す概略図を示した。図中、７０はエレベータ、７１はかご、７２はつり合いおもり、７３は巻上機、１は蓄電システム、２５は商用電源、２６は制御盤である。
　かご７１とつり合いおもり７２とは、巻上機７３及び滑車を介してケーブルなどにより接続されている。例えば、巻上機７３がケーブルを一方向に引くことで、かご７１が上昇するとともにつり合いおもり７２が下降する。巻上機７３がケーブルを反対方向へ引くことで、かご７１が下降するとともにつり合いおもり７２が上昇する。
　制御盤２６は、状況に応じて商用電源２５から電力を巻上機７３に供給する。巻上機７３は、供給された電力を用いて稼働し、かご７１を昇降させることができる。また、蓄電システム１の二次電池または急速充放電蓄電デバイスに電気が貯まっている、つまり充電が残っている場合は、制御盤２６は、商用電源２５の代わりに二次電池または急速充放電蓄電デバイスから電力を巻上機７３に供給し得る。制御盤２６は、商用電源２５と蓄電システム１との両方から同時に電力を巻上機７３に供給することもできる。
　つり合いおもり７２は、例えば、かご７１の乗員の人数が定員の半分程度である場合にかご７１とつり合うように設計されている。乗員を含むかご７１の重さとつり合いおもり７２の重さとがほぼ等しい状態では、商用電源２５又は蓄電システム１から供給された電力により巻上機７３が稼働し、かご７１を昇降させ得る。
　かご７１に乗る人数が多い場合には、乗員を含むかご７１の重さがつり合いおもり７２の重さより高くなり得る。この場合は、かご７１を下降させる際に重力を利用でき、かご７１の下降に伴いケーブルがかご７１側へ引かれる。巻上機７３をケーブルが通過することで巻上機７３が回転し、発電する。つまり、重力によりかご７１が下降することで回生電力が発生する。
　一方で、かご７１に乗る人数が少ない場合には、乗員を含むかご７１の重さがつり合いおもり７２の重さより低くなり得る。この場合は、かご７１を上昇させる際につり合いおもり７２に対する重力の作用を利用でき、かご７１の上昇に伴いケーブルがつり合いおもり７２側へ引かれる。巻上機７３をケーブルが通過することで巻上機７３が回転し、発電する。つまり、重力によりつり合いおもり７２が下降することで回生電力が発生する。
　何れの場合も、巻上機７３が発電した回生電力は、制御盤２６を介して蓄電システム１の急速充放電蓄電デバイスへ供給される。回生電力は、急速充放電蓄電デバイスに一旦蓄電された後、二次電池へ供給され得る。或いは、急速充放電蓄電デバイスに蓄電された回生電力は、かご７１を昇降させるための電力として巻上機７３へ供給され得る。上述した車両の例と同様に、回収できる回生電力の量を多く維持するために、急速充放電蓄電デバイスの容量に空きを確保することが望ましい。急速充放電蓄電デバイスに蓄電された回生電力を二次電池または巻上機７３へ移動させることで、急速充放電蓄電デバイスの空き容量を確保できる。
　二次電池に蓄えられた回生電力も、必要に応じて巻上機７３へと供給される。巻上機７３を稼働させる電力の一部を急速充放電蓄電デバイスや二次電池に蓄えられた回生電力で賄うことで、商用電源２５からの商用電力の使用量を削減できる。また、蓄電システム１に含まれている二次電池として大容量の二次電池を用いることにより、停電などにより商用電源２５からの電力供給を受けられない事態においても、エレベータ７０を稼働させることができる。
　実施形態に係る蓄電システムについてのロボットにおける実施の態様の一例として、図８に無人搬送車の概略図を示した。図中、８０は無人搬送車、８１は充放電モニタ装置、８２は充電器、１は蓄電システム、２５は商用電源である。
　無人搬送車８０が充電される際、商用電源２５から充電器８２を介して蓄電システム１に商用電力が供給される。充電する際、充電器８２と蓄電システム１とは、例えば、無人搬送車８０に設けられている外部端子（図示せず）を介して電気的に接続され得る。
　充放電モニタ装置８１は、蓄電システム１の充電状態（ＳＯＣ）を監視する。充放電モニタ装置８１は、蓄電システム１全体としての充電状態を監視し得る。或いは、充放電モニタ装置８１は、蓄電システム１に含まれている急速充放電蓄電デバイスの各セルの充電状態、並びに蓄電システム１に含まれている二次電池の各セルの充電状態を監視し得る。また、電気的に接続された複数の急速充放電蓄電デバイス全体の充電状態、つまりは急速充放電蓄電デバイス群の充電状態、並びに電気的に接続された複数の二次電池全体の充電状態、つまりは二次電池群の充電状態を監視し得る。
　また、充放電モニタ装置８１は、蓄電システム１における異常状態の有無を監視する。異常状態は、例えば急速充放電蓄電デバイスや二次電池の過充電、過放電、過度な温度上昇などを含み得る。
　充放電モニタ装置８１は、例えば、蓄電システム１における二次電池の充電状態が所定の値を下回ったことを検知すると、図示しない制御システムに信号を送信する。制御システムは、無人搬送車８０に備えられていてもよく、或いは、無人搬送車８０の外部に備えられていてもよい。信号は、有線または無線により制御システムに送信され得る。
　二次電池の充電状態が所定値を下回ったことを連絡する信号を受信した制御システムは、充電の指示を無人搬送車に伝達し得る。指示は、有線または無線により伝達され得る。指示を受領した無人搬送車は、例えば、必要に応じて充電器８２と蓄電システム１とを電気的に接続させることができる所定の位置まで移動し、充電を開始する。
　充電の際、蓄電システム１に含まれている二次電池、急速充放電蓄電デバイス、又は二次電池と急速充放電蓄電デバイスとの両方に同時に商用電力が入力され得る。次の理由から、二次電池を充電してから急速充放電蓄電デバイスを充電することが望ましい。
　商用電源２５から供給される電流量が不安定でサージ電流が発生し、蓄電システム１へ大電流が供給される場合がある。サージ電流が発生したことを、例えば、充放電モニタ装置８１又は充電器８２が含む制御回路（図示せず）が検知した場合に、電流が急速充放電蓄電デバイスに入力されるよう制御を行う。急速充放電蓄電デバイスは、エネルギー密度が高く電力の受け入れ性が高いため、サージ電流に安全に対応することができる。例えば、大きなサージ電流を入力しても、急速充放電蓄電デバイスの温度上昇が抑えられるため、加熱による無人搬送車８０の部材の損傷などが発生しにくい。電流が安定した後、急速充放電蓄電デバイスに一旦蓄えられた電力を二次電池に充電し、急速充放電蓄電デバイスの容量を開けておくことで、再度のサージ電流の発生に対処できる。
　充放電モニタ装置８１は、例えば、蓄電システム１が満充電状態になったことを検知すると、制御システムに信号を送信する。蓄電システム１の満充電状態は、例えば、二次電池が満充電された状態、又は、二次電池と急速充放電蓄電デバイスとの両方が満充電された状態であり得る。制御システムは、状況に応じて、無人搬送車へ運転開始の指令を発し得る。
　蓄電システム１において大容量の二次電池を用いることで、充電を必要とする回数を少なくできる。充電の回数を少なくすることで、充電器８２と蓄電システム１とを電気的に接続させることができる位置へ無人搬送車８０が行き来する回数を削減でき、作業効率を改善することができる。
　以上のように、実施形態に係る蓄電システムを搭載した車両、電子機器、機械設備は回生エネルギーを効率的に蓄電することができる。また、瞬間的な放電に対応できるため、最大電力よりも契約電力を下げることができる。
　（実施例）
　（実施例１～５、比較例１）
　急速充放電蓄電デバイスを以下のように作製した。
　・負極層の材料：酸化タングステン粉末ＷＯ２．７２（粒径２μｍ）、導電助剤（粒径０．０３μｍのアセチレンブラック）、ＰＶＤＦバインダー
　・正極層の材料：ＬｉＣｏＯ２粉末（粒径５μｍ）導電助剤（粒径０．０３μｍのアセチレンブラック）、ＰＶＤＦバインダー
　・正極側電極基材、負極側電極基材：アルミニウム箔（厚さ１５μｍ）、又はカーボンコートアルミニウム箔（厚さ１５μｍ）
　・セパレータ：ポリプロピレン（厚さ２５μｍ）
　・電解液：ＥＣ／ＤＥＣ（１／１vol%）　１Ｍ　ＬｉＰＦ６
　これらを使って、表１及び２に示した試料１～３、５～６に係る急速充放電蓄電デバイスを作製した。
　なお、試料４は既存のＬｉイオンキャパシタとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　急速充放電蓄電デバイスとしてのラミネートセルを作製する際、複数の負極と複数の正極とを間にセパレータを配して交互に積層させた。表１に示す対向電極総面積は、負極と正極とが対向している部分の面積の合計である。表１に示すその他の電極設計、即ち電極層の厚さ、密度、及び空隙率、電極基材、並びに酸化タングステン粉末の重量Ａと導電助剤の重量Ｂとの重量比Ｂ／Ａは、試料ごとに負極と正極とで一致させた。例えば、試料１については、負極層の厚さと正極層の厚さの何れも１６μｍとした。
　試料１、２、４の電極（負極及び正極）を作製する際、プレスを実施しなかった。試料３、５、６の電極（負極及び正極）を作製する際は、プレスを実施し、電極密度を高めた。
　なお、電極密度は、次のようにして測定した。先ず、積層させた複数の電極のうち、任意の３層を抜き出して測定対象の電極を得た。基材（アルミニウム箔等）を含めた電極の重量を測定した。また、基材を含めた電極の寸法（面積および厚さ）を測定し、体積を求めた。得られた値から、基材の重量と体積とをそれぞれ差引き、電極層のみの重量および体積を算出した。電極層の重量を体積で除することにより、電極密度（基材含まず）を求めた。
　また、電極層（負極層及び正極層）の空隙率は、次のようにして測定した。電極層における横方向２０μｍ×厚みの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）を用いて観察（２００００倍）して、ポア（空隙）の面積を測定した。なお、ポアはコントラストの差で判別できる。また、一視野で測定できないときは複数回に分けて測定した。
　表２に示したパワー密度（重量および体積の両単位）、エネルギー密度、セルの重量、セルの体積、及び内部抵抗は、先に説明した方法で測定した。１セル平均電圧は、所定の電圧範囲において１Ｃで放電させた際の平均電圧を測定したものである。例えば、急速充放電蓄電デバイス試料１の場合は、セルを１．５Ｖ以上２．５Ｖ以下の電圧範囲において１Ｃで放電させた際に測定された平均電圧を示す。
　次に、二次電池として鉛電池を用意した。二次電池は、平均電圧１２Ｖ、パワー密度１００Ｗ／ｋｇ、エネルギー密度３０Ｗｈ／ｋｇ、重量１０ｋｇ、容積５．７Ｌのものである。
　上記急速充放電蓄電デバイス試料１～６と二次電池を並列に組合せて実施例１～５、比較例１に係る蓄電システムを作製した。組合せ条件は表３に示した通りである。なお、蓄電システムのセルの重量は、急速充放電蓄電デバイスのセルの重量と二次電池のセルの重量を合計した値である。
　また、蓄電システムの容積は、急速充放電蓄電デバイスのセルの容積と二次電池のセルの容積を合計した値である。
　蓄電システム全体としての重量パワー密度とエネルギー密度とを、次のとおりに算出した。蓄電システムの重量パワー密度ＰＳ＝（急速充放電蓄電デバイスの重量パワー密度×直列数に応じたセル総重量＋二次電池の重量パワー密度×直列数に応じたセル総重量）／（急速充放電蓄電デバイスのセル総重量＋二次電池のセル総重量）。また、蓄電システムの重量エネルギー密度ＥＳ＝（急速充放電蓄電デバイスの重量エネルギー密度×直列数に応じたセル総重量＋二次電池の重量エネルギー密度×直列数に応じたセル総重量）／（急速充放電蓄電デバイスのセル総重量＋二次電池のセル総重量）。
　具体例として、実施例１について説明する。実施例１では、試料１（パワー密度７０００Ｗ／ｋｇ、エネルギー密度２２．６Ｗｈ／ｋｇ）を６個直列に接続した。そのときのセル重量は０．５４ｋｇになる。鉛電池（パワー密度１００Ｗ／ｋｇ、エネルギー密度３０Ｗｈ／ｋｇ）の重量は１０ｋｇである。このため、蓄電システムの重量ＷＳは０．５４＋１０＝１０．５４ｋｇとなる。蓄電システムのパワー密度は（７０００Ｗ／ｋｇ×０．５４ｋｇ＋１００Ｗ／ｋｇ×１０ｋｇ）／１０．５４ｋｇ＝４５４Ｗ／ｋｇとなる。
　また、蓄電システムのセルの重量に対する蓄電システムのエネルギー密度の比ＥＳ／ＷＳを算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表３から分かる通り、実施例に係る蓄電システムは、パワー密度、エネルギー密度が高かった。また、比較例１と比べてセルの重量も軽量化できている。
　加えて、実施例に係る蓄電システムは、比較例１と比べて小型化もできている。
　次に、３ｋＷ（＝２４Ｖ×１２５Ａ）、５ｋＷ（＝２４Ｖ×２０８Ａ）、１０ｋＷ（＝２４Ｖ×４１６Ａ）の電力を１０秒間印加したときの温度上昇を測定した。測定は図４に示したように、オルタネータ→急速充放電蓄電デバイス→ＤＣ－ＤＣコンバータ→二次電池と接続して行った。
　印加した電力３ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷは、オルタネータの出力に準じたものである。また、１０秒の印加時間は、電気自動車の減速時間を想定したものである。
　温度上昇の測定結果を表４に示した。具体的には、蓄電システムの常温から上昇した温度を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表４から分かる通り、実施例に係る蓄電システムは温度上昇が抑制されている。オルタネータの出力が５ｋＷ以上の時に、実施例と比較例との温度上昇の差が顕著だった。オルタネータの出力は、車両の速度が２５ｋｍ／ｈ以上であるときに５ｋＷ以上になり得る。つまり、実施例に係る蓄電システムでは、２５ｋｍ／ｈ以上の速度でも回生エネルギーの蓄電ができた。これにより蓄電効率が向上することが分かる。
　また、実施例に係る蓄電システムでは、オルタネータの出力が５ｋＷ以上の時の温度上昇が抑制されていたため、比較例と比べると冷却機構を稼働させる頻度を減らすことができる。そのため、車両における電力効率を高めることができる。
　（実施例１Ａ～５Ａ、比較例１Ａ）
　また、二次電池としてＬｉイオン二次電池を用意した。Ｌｉイオン二次電池は平均電圧３．６Ｖ、パワー密度３４００Ｗ／ｋｇ（約６５００Ｗ／Ｌ）、エネルギー密度７５Ｗｈ／ｋｇ（約１４０Ｗｈ／Ｌ）、重量０．２５ｋｇ、体積０．１３Ｌのものを３直列とした。（０．７５ｋｇ、０．３９Ｌ）
　鉛電池の代わりにＬｉイオン二次電池を用いて、表５に示した組合せ条件で実施例１Ａ～５Ａ、比較例１Ａに係る蓄電システムを作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　二次電池を鉛電池からＬｉイオン二次電池に変えることにより、蓄電システムのパワー密度ＰＳ、エネルギー密度ＥＳが大きくなった。これは二次電池を軽量のものに換えたためである。
　実施例１と同じ条件の測定を行い、実施例１Ａ～５Ａ、比較例１Ａにおける急速充放電蓄電デバイスの温度上昇を測定した。結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　蓄電システムの二次電池の種類を変更しても、同様の結果が得られた。このとおり、蓄電システムにおいて、様々な二次電池と急速充放電蓄電デバイスとをユニット化できることがわかる。
　以上に説明した少なくとも１つの実施形態及び実施例によると、パワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満である二次電池と、パワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上である急速充放電蓄電デバイスとを含む蓄電システムが提供される。この蓄電システムは、瞬間的な高出力に対応することが可能である。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

Claims (13)

  1. 　二次電池と急速充放電蓄電デバイスを具備する蓄電システムにおいて、二次電池のパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満、急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上である蓄電システム。
  2. 　パワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ未満である二次電池と、
    　パワー密度が７０００Ｗ／ｋｇ以上である急速充放電蓄電デバイスと
    を具備する蓄電システム。
  3. 　前記急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が９０００Ｗ／ｋｇ以上である請求項１又は２に記載の蓄電システム。
  4. 　前記急速充放電蓄電デバイスのパワー密度が１００００Ｗ／Ｌ以上である請求項１ないし３の何れか１項に記載の蓄電システム。
  5. 　前記二次電池のエネルギー密度が３０Ｗｈ／ｋｇ以上である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
  6. 　前記二次電池のセルと前記急速充放電蓄電デバイスのセルの重量の合計重量を前記蓄電システムのセルの重量ＷＳとしたとき、前記蓄電システムのエネルギー密度ＥＳと前記蓄電システムのセルの重量ＷＳとの比ＥＳ／ＷＳが１以上である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の蓄電システム。
  7. 　前記急速充放電蓄電デバイスは、酸化タングステン粉末を含有する電極層を具備する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の蓄電システム。
  8. 　前記急速充放電蓄電デバイスの内部抵抗が１０Ω・ｃｍ２以下である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の蓄電システム。
  9. 　請求項１ないし８のいずれか１項に記載の蓄電システムを具備する車両。
  10. 　前記蓄電システムに回生エネルギーを蓄電する請求項９記載の車両。
  11. 　前記車両の移動速度が２５ｋｍ／ｈ以上であるときにも、前記蓄電システムに回生エネルギーを蓄電できる請求項１０記載の車両。
  12. 　請求項１ないし８のいずれか１項に記載の蓄電システムを具備する機械設備。
  13. 　前記機械設備がエレベータ、クレーン、ロボット、医療機器、及び工作機械から選ばれるいずれか一種である請求項１２記載の機械設備。
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