(57)【要約】  リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池の万が一の過充電による破裂や発火等を未然に防止するための大電流、大電圧に対応した高価な保護スイッチ等を設けることなく、過充電を防止できるハイブリッド蓄電池は、有機溶液系蓄電池（２４Ａ）と水溶液系蓄電池（２６Ａ）とを並列接続してなる仮想電池（３２）を複数個直列接続してなり、有機溶液系蓄電池と水溶液系蓄電池とは、近接した平均放電電圧を有し、有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧が、水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高く、有機溶液系蓄電池の充電終止電圧が、水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも低くなるように構成され、仮想電池に有機溶液系蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合、水溶液系蓄電池が水素発生反応を行うことでエネルギを吸収し、仮想電池の充電電圧を水溶液系蓄電池の充電終止電圧に抑え、有機溶液系蓄電池が過充電危険電圧に至るのを防止する。
2013054795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶液を電解液として用いる有機溶液系蓄電池と、水溶性電解液を用いる水溶液系蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、
互いに近接した平均放電電圧を有し、
前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高く、前記有機溶液系蓄電池の充電終止電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも低くなるように構成され、
前記有機溶液系蓄電池は、前記有機溶液系蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記有機溶液系蓄電池が過充電に至り、前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記有機溶液系蓄電池が危険な状態に至り、前記水溶液系蓄電池は、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記水溶液系蓄電池が過充電に至るものであり、
前記仮想電池に対して、前記有機溶液系蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記水溶液系蓄電池が水素発生反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記有機溶液系蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項２】
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の平均放電電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧と前記水溶液系蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されている請求項１に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項３】
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の放電終止電圧が、前記水溶液系蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されている請求項１又は２に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項４】
リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、
互いに近接した平均放電電圧を有し、
前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧よりも高く、前記リチウムイオン蓄電池の充電終止電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧よりも低くなるように構成され、
前記リチウムイオン蓄電池は、前記リチウムイオン蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記リチウムイオン蓄電池が過充電に至り、前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記リチウムイオン蓄電池が危険な状態に至り、前記鉛蓄電池は、前記鉛蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記鉛蓄電池が過充電に至るものであり、
前記仮想電池に対して、前記リチウムイオン蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記鉛蓄電池が水素発生反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記鉛蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記リチウムイオン蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項５】
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の平均放電電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧と前記鉛蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されている請求項４に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項６】
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の放電終止電圧が、前記鉛蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されている請求項４又は５に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項７】
前記リチウムイオン蓄電池は、正極活物質として燐酸鉄リチウムを用いた燐酸鉄リチウムイオン蓄電池である請求項４〜６のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項８】
さらに、前記直列接続された前記複数の仮想電池間の充電バランスを調整するための、各仮想電池に併設された仮想電池バランス回路を備える請求項４〜７のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項９】
前記リチウムイオン蓄電池は、直列に接続された複数のリチウムイオンセルからなり、又は並列に接続された複数のリチウムイオンセルよりなる第１セル群が直列に複数接続されてなり、
直列に接続された前記複数のリチウムイオンセル間、又は直列に接続された前記複数の第１セル群間の充電バランスを揃えるための第１セルバランス回路を備える請求項４〜８のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１０】
前記鉛蓄電池は、直列に接続された複数の鉛蓄電池単セルからなり、又は並列に接続された複数の鉛蓄電池単セルよりなる第２セル群が直列に複数接続されてなり、
前記複数の鉛蓄電池単セル間、又は直列に接続された前記複数の第２セル群間の充電バランスの充電バランスを揃えるための第２セルバランス回路を備える請求項４〜９のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１１】
前記仮想電池の作動電圧は、９．０Ｖ〜１７．０Ｖの範囲にある請求項４〜１０のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１２】
前記仮想電池の作動電圧は、１８．０Ｖ〜３４．０Ｖの範囲にある請求項４〜１１のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１３】
前記ハイブリッド蓄電池の作動電圧は、６０Ｖ以下である請求項４〜１２のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１４】
前記ハイブリッド蓄電池からのエネルギの供給は、満充電の状態からの放電の序盤には主に前記リチウムイオン蓄電池から行われ、また、前記満充電の状態からの放電の終盤には前記鉛蓄電池から行われる請求項４〜１３のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１５】
前記リチウムイオン蓄電池、又は直列接続された前記複数のリチウムイオン蓄電池は、カセットモジュールとして着脱交換可能にモジュール化されてなる請求項４〜１４のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１６】
駆動エネルギ源として、請求項１〜１５のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池を備えることを特徴とする走行車輌。
【請求項１７】
前記走行車輌の走行時における余剰エネルギを回生電力として回収し、前記ハイブリッド蓄電池に充電する請求項１６に記載の走行車輌。
【請求項１８】
請求項１６又は請求項１７に記載の走行車輌と、
複数個貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュール、及び放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電する充電器を備える電力貯蔵設備とを有することを特徴とするスマートグリッド走行車輌システム。
【請求項１９】
更に、前記電力貯蔵設備は、前記走行車輌に搭載された、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを、貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと交換するための交換手段を備える請求項１８に記載のスマートグリッド走行車輌システム。
【請求項２０】
内部に貯蔵される複数個の、請求項１〜１５のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池と、
内部に貯蔵される充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、
放電した前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電するための充電器と、を備え、
前記充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールとを交換可能であり、
複数の電力供給先設備を接続する電力供給ネットワークに接続され、電力平準化及び電力貯蔵に用いられることを特徴とする電力貯蔵設備。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電力貯蔵設備と、
該電力貯蔵設備と複数の電力供給先設備とを接続し、前記電力貯蔵設備から前記複数の電力供給先設備への電力供給を可能とする電力供給ネットワークと、
前記複数の電力供給先の設備に個別に設置され、停電時、電力貯蔵設備への電力供給指示及び前記電力供給ネットワークを通じて供給された供給電力量の管理を行う電力供給指示手段と、を備えることを特徴とする電力供給ネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池と鉛蓄電池等の水溶液系蓄電池とを並列接続してなる仮想電池が複数個直列接続されたハイブリッド蓄電池、これを用いた走行車輌及び電力貯蔵設備、これらの走行車輌及び電力貯蔵設備を用いたスマートグリッド走行車輌システム、並びに電力貯蔵設備を用いた電力供給ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の化石燃料を駆動エネルギの主体とする自動車は、その排気ガスによって地球環境に悪影響を与えている。これに対して、排気ガスを出さない電気自動車や、若しくは著しくその排出量を軽減したハイブリッド自動車を広く使用することが、環境改善の点から非常に期待され、また、夜間の余剰電力の有効利用の点からも推奨されている。また、電力の安定化のために分散型の電力貯蔵システムを配することが望まれている。【０００３】
しかしながら、蓄電池が非常に重かったり、又は高価であるなどの課題があった。例えば、エネルギあたりの単価が安い鉛蓄電池等の水溶液系蓄電池は非常に重く、エネルギ密度が高く軽いリチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池は非常に高価である。
なお、リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池は、鉛蓄電池等の水溶液系蓄電池に比べて過充電及び過放電の耐性が低く、電解液が可燃物であるため過充電、過放電による発熱により電池爆発などの危険性があるため、鉛蓄電池等の水溶液系蓄電池と異なり過充電及び／又は過放電からリチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池を保護するための保護回路や保護スイッチが、通常リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池一つ一つに必要である（例えば、特許文献１及び３参照）。
例えば、特許文献１では、リチウムイオン蓄電池は、主に組電池として使用されるものであり、リチウムイオン蓄電池の単電池をそのまま直列接続して組電池を構成する場合には単電池毎に、単電池２以上並列接続してなる電池群を直列に接続する場合には電池群毎に、保護回路（過放電防止回路及び／又は過充電防止回路）が設けられ、単電池又は電池群の容量バラツキを低減し、許容範囲内に抑えることを開示している。【０００４】
このため、リチウムイオン蓄電池では、高価な電池材料に由来する電池単体コストが高いだけでなく、保護回路や保護スイッチを構成する電子回路、部品がコストアップの大きな原因となっている。
ここでいう保護回路、保護スイッチとは、特許文献１に開示されているように、電池の電圧や温度及び電池に流れる電流を計測し、これらの数値が一定以上となって電池が過電圧、過温度、過電流に曝された場合に、電池を充放電回路から切り離して電池を保護する保護回路、保護スイッチをいう。【０００５】
このような保護回路や保護スイッチは、従来、鉛蓄電池には不要であったが、上述したように、過充電、過放電による危険性のため、リチウムイオン蓄電池には必須である。携帯電話やラップトップコンンピュータや電動工具等の携帯機器とは異なり、電気自動車や電力貯蔵システムにリチウムイオン蓄電池を用いた場合には、その仕様（定格）電圧や仕様（定格）電流が携帯機器の１０倍以上に大きくなり、それに伴って保護回路、保護スイッチの仕様も大電流、大電圧対応となる必要があり、そのために熱や抵抗、アークなどの対策が必要になり非常に高価になっている。【０００６】
一方、化石燃料のエネルギの有効利用のために、熱として消費されていた自動車等の走行車輌の減速時のエネルギを回生エネルギとして電気エネルギに変換して鉛蓄電池に電流を回生（充電）する際に、回生エネルギを有効利用するために、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とを並列に接続して、走行車輌の減速等の制動時の回生大電流を受け入れ可能とする走行車輌用電源システムが提案されている（特許文献２及び３参照）。
ここで、特許文献２では、直列に接続された１８セル（単電池）の鉛蓄電池と、直列に接続された１０〜１１セルのリチウムイオン蓄電池とを並列接続して４２Ｖの走行車輌用電源システムを構成し、走行車輌の減速等の制動による充電時に、大電流を受け入れることができない鉛蓄電池に流れる電流値（Ｘ）と、大電流を受入可能なリチウムイオン蓄電池に流れる電流値（Ｙ）との比（Ｘ／Ｙ）を０．０５〜１．００にすることにより、自動車等の走行車輌の制動時におけるエネルギを回生エネルギとして効率よく利用することができるとしている。【０００７】
また、特許文献３では、複数のセル（単電池）が直列に接続された鉛蓄電池と、複数のセル（単電池）が直列に接続されたリチウムイオン蓄電池とを並列接続して走行車輌用電源システムを構成し、走行車輌の減速等の制動による充電時に、リチウムイオン蓄電池の各セルの電圧を測定し、又はリチウムイオン蓄電池の温度を測定し、測定電圧値又は測定温度が予め設定された上限値を超えた場合には、異常と判定して、リチウムイオン蓄電池の充放電を遮断する安全回路を設けることにより、リチウムイオン蓄電池が異常状態に陥ることを防止し、走行車輌用電源システムの安全性を確保することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４９１４７３号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６３０号公報
【特許文献３】特開２００４−３２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に開示の組電池は、直列接続される、リチウムイオン蓄電池の単電池や単電池を並列接続した電池群の容量バラツキを低減するものであるが、直列接続される単電池や電池群毎に高価な保護回路（過放電防止回路及び／又は過充電防止回路）が必要であるという問題があり、その結果、組電池のコストが上昇して、リチウムイオン蓄電池が高価になるという問題があった。
なお、特許文献１には、この組電池を電気自動車の駆動用電源として用いることは全く想定されていないし、その開示も示唆もないが、仮に電気自動車の駆動用電源として使用する場合、多数の組電池を用いることになるため、電気自動車のコストを上昇させてしまうという問題があった。【００１０】
一方、特許文献２及び３に開示の走行車輌用電源システムは、化石燃料を用いる自動車等の走行車輌用のエンジンを始動するスターターモータ（車輌起動装置）に電流を供給するのに用いられるものであり、基本的に鉛蓄電池で受け入れられない、走行車輌の減速等の制動時の回生大電流を受け入れ可能とするために、鉛蓄電池に並列接続されたリチウムイオン蓄電池に大電流を流すことを意図しているものである。このため、特許文献２に開示の走行車輌用電源システムも、特許文献３に開示の走行車輌用電源システムと同様に、リチウムイオン蓄電池の過放電や過充電等の充放電時の異常に対しては、保護回路や保護スイッチ等の安全回路を備えているのが前提である。
このように、特許文献２及び３に開示の走行車輌用電源システムでは、リチウムイオン蓄電池に保護回路や保護スイッチ等の安全回路が必要で、構成が複雑であるという問題があり、その結果として、リチウムイオン蓄電池のコストが上昇して高価となり、電源システムが高価になるという問題があった。【００１１】
また、特許文献２及び３には、このような走行車輌用電源システムを電気自動車の駆動用電源として用いることは全く想定されていないし、その開示も、示唆もないが、仮に電気自動車の駆動用電源として使用する場合、複雑で高価な保護回路を用いることになるため、電気自動車のコストを上昇させてしまうという問題があった。
なお、このようなリチウムイオン蓄電池のコストの問題は、上述したように、電気自動車の価格を押し上げることになり、その結果として電気自動車の普及を鈍化させており、ユーザはもちろん、自動車会社や蓄電池交換設備（電力貯蔵設備）等の運営会社は、電気自動車の普及による充分なスケールメリットを得られるまでには至っていないという問題もある。【００１２】
本発明の第１の目的は、上記従来技術の問題点、特に、高エネルギ密度で軽いが保護回路等が必要で高価であるというリチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池の問題点、及び安価で出力密度が高いが重い鉛蓄電池等の水溶液系蓄電池の問題点を解消し、定常的な電気エネルギの供給をリチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池で行い、パワーが要求される際の電気エネルギの供給を鉛蓄電池等の水溶液系蓄電池で行うことができ、かつ、リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池の万が一の過充電や過放電による蓄電池としての性能の劣化や寿命の短縮、特に、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険性を未然に防止するための保護スイッチを有する保護回路、特に大電流、大電圧に対応した高価な保護スイッチや保護回路を設けることなく、リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池の過充電や過放電による性能の劣化や寿命の短縮や危険性を防止することができ、その結果、リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池の構成を簡単にでき、蓄電池全体の構成も簡単にでき、リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池のみならず、蓄電池全体の大幅なコストダウンを図ることができると共に、特に低温パワー性能を向上させることができ、その結果、例えば、電気自動車等の走行車輌の駆動用電源として用いることができ、また、地域、病院、ホテル、オフィスビル、学校等の施設用の非常用電源、ピークカット用電源として利用することができるリチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池と鉛蓄電池等の水溶液系蓄電池とを組み合わせてなるハイブリッド蓄電池を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記主目的に加え、リチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池部分がカセットモジュールとして着脱可能で、容易に交換可能であり、取り扱いが簡単となり、例えば、走行車輌の駆動用電源や上記の各施設用の非常用電源、ピークカット用電源として用いるのに適したハイブリッド蓄電池を提供することにある。【００１３】
また、本発明の第２の目的は、上記第１及び他の目的を達成することのできるハイブリッド蓄電池を駆動用電源として用いることができ、コストパフォーマンスに優れた走行車輌を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、上記第２の目的を達成することのできる走行車輌と、走行車輌の駆動用電源として用いられる、上記第１及び他の目的を達成することのできるリチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池部分のカセットモジュールを多数貯蔵する交換設備となる電力貯蔵設備と用い、充電のための稼働停止を無くして、走行車輌の稼働率を向上させることができるスマートグリッド走行車輌システムを提供することにある。
また、本発明の第４の目的は、上記第１及び他の目的を達成することのできるハイブリッド蓄電池を多数貯蔵することで、分散型電源、又は据え置き型電源として、また、上記の各施設用の非常用電源、ピークカット用電源として活用することができ、また、走行車輌の駆動用電源として用いられるハイブリッド蓄電池のリチウムイオン蓄電池等の有機溶液系蓄電池部分のカセットモジュールを多数貯蔵することで、交換設備としても利用することができる電力貯蔵設備を提供することにある。
また、本発明の第５の目的は、上記第４の目的を達成することのできる電力貯蔵設備から、停電等の非常時に、上記の各施設等の電力供給先に電力を供給することができ、各施設内に非常用電源に設けることを不要とし、非常時の電力供給コストを削減することができる電力供給ネットワークを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様のハイブリッド電池は、有機溶液を電解液として用いる有機溶液系蓄電池と、水溶性電解液を用いる水溶液系蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、互いに近接した平均放電電圧を有し、前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高く、前記有機溶液系蓄電池の充電終止電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも低くなるように構成され、前記有機溶液系蓄電池は、前記有機溶液系蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記有機溶液系蓄電池が過充電に至り、前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記有機溶液系蓄電池が危険な状態に至り、前記水溶液系蓄電池は、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記水溶液系蓄電池が過充電に至るものであり、前記仮想電池に対して、前記有機溶液系蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記水溶液系蓄電池が水素発生反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記有機溶液系蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とする。【００１５】
ここで、前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の平均放電電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧と前記水溶液系蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されているのが好ましい。
また、前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の放電終止電圧が、前記水溶液系蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されているのが好ましい。【００１６】
また、上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様のハイブリッド電池は、リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、互いに近接した平均放電電圧を有し、前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧よりも高く、前記リチウムイオン蓄電池の充電終止電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧よりも低くなるように構成され、前記リチウムイオン蓄電池は、前記リチウムイオン蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記リチウムイオン蓄電池が過充電に至り、前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記リチウムイオン蓄電池が危険な状態に至り、前記鉛蓄電池は、前記鉛蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記鉛蓄電池が過充電に至るものであり、前記仮想電池に対して、前記リチウムイオン蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記鉛蓄電池が水素発生反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記鉛蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記リチウムイオン蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とする。【００１７】
ここで、前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の平均放電電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧と前記鉛蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されていることが好ましい。
また、前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の放電終止電圧が、前記鉛蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されていることが好ましい。
また、前記リチウムイオン蓄電池は、正極活物質として燐酸鉄リチウムを用いた燐酸鉄リチウムイオン蓄電池であることが好ましい。【００１８】
さらに、前記直列接続された前記複数の仮想電池間の充電バランスを調整するための、各仮想電池に併設された仮想電池バランス回路を備えることが好ましい。
また、前記リチウムイオン蓄電池は、直列に接続された複数のリチウムイオンセルからなり、又は並列に接続された複数のリチウムイオンセルよりなる第１セル群が直列に複数接続されてなり、直列に接続された前記複数のリチウムイオンセル間、又は直列に接続された前記複数の第１セル群間の充電バランスを揃えるための第１セルバランス回路を備えることが好ましい。【００１９】
また、前記鉛蓄電池は、直列に接続された複数の鉛蓄電池単セルからなり、又は並列に接続された複数の鉛蓄電池単セルよりなる第２セル群が直列に複数接続されてなり、前記複数の鉛蓄電池単セル間、又は直列に接続された前記複数の第２セル群間の充電バランスを揃えるための第２セルバランス回路を備えることが好ましい。【００２０】
また、前記仮想電池の作動電圧は、９．０Ｖ〜１７．０Ｖの範囲、又は、１８．０Ｖ〜３４．０Ｖの範囲にあることが好ましい。
また、前記ハイブリッド蓄電池の作動電圧は、６０Ｖ以下であることが好ましい。【００２１】
また、前記ハイブリッド蓄電池からのエネルギの供給は、満充電の状態からの放電の序盤には主に前記リチウムイオン蓄電池から行われ、また、前記満充電の状態からの放電の終盤には前記鉛蓄電池から行われることが好ましい。
また、前記リチウムイオン蓄電池、又は、直列接続された前記複数のリチウムイオン蓄電池は、カセットモジュールとして着脱交換可能にモジュール化されてなることが好ましい。【００２２】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明の第２の態様の走行車輌は、駆動エネルギ源として、上記第１の態様のハイブリッド蓄電池を備えることを特徴とする。
ここで、前記走行車輌の走行時における余剰エネルギを回生電力として回収し、前記ハイブリッド蓄電池に充電することが好ましい。【００２３】
また、上記第３の目的を達成するために、本発明の第３の態様のスマートグリッド走行車輌システムは、上記第２の態様の走行車輌と、複数個貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュール、及び放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電する充電器を備える電力貯蔵設備とを有することを特徴とする。
更に、前記電力貯蔵設備は、前記走行車輌に搭載された、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを、貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと交換するための交換手段を備えることが好ましい。【００２４】
また、上記第４の目的を達成するために、本発明の第４の態様の電力貯蔵設備は、内部に貯蔵される複数個の、上記第１の態様のハイブリッド蓄電池と、内部に貯蔵される充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、放電した前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電するための充電器と、を備え、前記充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールとを交換可能であり、複数の電力供給先設備を接続する電力供給ネットワークに接続され、電力平準化及び電力貯蔵に用いられることを特徴とする。【００２５】
また、上記第５の目的を達成するために、本発明の第５の態様の電力供給ネットワークシステムは、上記第４の態様の電力貯蔵設備と、該電力貯蔵設備と複数の電力供給先設備とを接続し、前記電力貯蔵設備から前記複数の電力供給先設備への電力供給を可能とする電力供給ネットワークと、前記複数の電力供給先の設備に個別に設置され、非常時、電力貯蔵設備への電力供給指示及び前記電力供給ネットワークを通じて供給された供給電力量の管理、供給コントロールを行う電力供給指示手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の態様によれば、過充電を受けても電解液が分解し、電池電圧が上昇しない過充電耐性を持つ鉛蓄電池等の前記水溶液系蓄電池と並列接続されて仮想電池を構成するリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧を、水素発生によって充電電圧の上昇が抑えられる鉛蓄電池等の前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高く、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の充電終止電圧を鉛蓄電池等の前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも低くなるように構成したので、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の万が一の過充電や過放電による蓄電池としての性能の劣化や寿命の短縮、特に、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険性等の異常を未然に防止するための保護回路や保護スイッチ、特に大電流、大電圧に対応した高価な保護スイッチや保護回路を設けなくても、過充電耐性の低いリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池を過充電による蓄電池の異常から保護することができ、その結果、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の構成を簡単にでき、蓄電池全体の構成も簡単にでき、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池のみならず、蓄電池全体の大幅なコストダウンを図ることができると共に、パワー性能を向上させることができる。特に、低温での使用に際しては、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池単体よりもパワー性能の向上を図ることができ、また、エネルギ密度、回生電力の回収効率、及び寿命の点でリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池と同等の性能を得ることができる。【００２７】
また、本発明の第１の態様によれば、定常的な電気エネルギの供給をリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池で行い、パワーが要求される際の電気エネルギの供給を鉛蓄電池等の前記水溶液系蓄電池で行うことができ、その結果、例えば電気自動車等の走行車輌の駆動用電源として用いることができ、また、地域、病院、ホテル、オフィスビル、学校等の施設用の非常用電源、ピークカット用電源として利用することができる。
また、本発明の第１の態様によれば、さらにリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池部分がカセットモジュールとして着脱可能で、容易に交換可能であり、交換時の電圧低下を招くことが無く、取り扱いが簡単となり、例えば走行車輌の駆動用電源や上記の各施設用の非常用電源、ピークカット用電源として用いるのに適したものとすることができる。【００２８】
また、本発明の第２の態様によれば、上記効果を奏する第１の態様のハイブリッド蓄電池を駆動用電源として用いることができ、コストパフォーマンスに優れた走行車輌を提供することができる。
また、本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様のハイブリッド蓄電池のリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池部分をカセットモジュールとして切り離して、電力貯蔵設備等で交換することにより、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の充電に掛かる時間を省略することができ、また、電力貯蔵設備等で夜間の安価な電力を利用して充電を行うことで、充電コストも削減することができる。【００２９】
また、本発明の第３の態様によれば、上記効果を奏する第２の態様の走行車輌と、走行車輌の駆動用電源として用いられる、上記効果を奏する第１の態様のハイブリッド蓄電池のリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池部分のカセットモジュールを多数貯蔵する交換設備となる電力貯蔵設備と用い、充電のための稼働停止を無くして、走行車輌の稼働率を向上させることができる。
また、本発明の第４の態様によれば、上記効果を奏する第１の態様のハイブリッド蓄電池を多数貯蔵することで、分散型電源、又は据え置き型電源として、また、上記の各施設用の非常用電源、ピークカット用電源として活用することができ、また、走行車輌の駆動用電源として用いられる第１の態様のハイブリッド蓄電池のリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池部分のカセットモジュールを多数貯蔵することで、交換設備としても利用することができる。
また、本発明の第５の態様によれば、上記効果を奏する上記第４の態様の電力貯蔵設備から、停電等の非常時に、上記の各施設等の電力供給先に電力を供給することができ、各施設内に非常用電源に設けることを不要とし、非常時の電力供給コストを削減することができる。【００３０】
ここで、本発明の第２の態様のスマートグリッド走行車輌システムの電力貯蔵設備として、第４の態様の電力貯蔵設備を用いることにより、本発明の第５の態様の電力供給ネットワークシステムとすることもでき、両者を兼ねるスマートグリッドシステムとして両者の効果を得ることができる。
なお、本発明の第４の態様の電力貯蔵設備では、電気自動車等の走行車輌に比してさらに大きな電力、電圧に対応する必要があり、保護回路、保護スイッチが不要な本発明の第１の態様のハイブリッド蓄電池を用いる蓄電システムはさらにその効果を奏するものである。
さらに、本発明の第４の態様の電力貯蔵設備は、本発明の第５の態様の電力供給ネットワークシステムやスマートグリッドシステムとして電力平準化及び電力貯蔵（地域非常用電源）に用いられるのはもちろん、高価なリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池部分を、蓄電池交換設備運営会社や自動車会社等がレンタルするという形態を採れば、本発明の第１の態様のハイブリッド蓄電池を用いた本発明の第２の態様の走行車輌の販売価格を大幅に下げることができる。
そして、走行車輌の販売価格の低下に基づいて、本発明の第５の態様の走行車輌、第４の態様の電力貯蔵設備、第２の態様のスマートグリッド走行車輌システム、第５の態様の電力供給ネットワークシステムの普及が加速すれば、電力貯蔵設備等の蓄電池交換設備運営会社や自動車会社等は、普及による充分なスケールメリットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るハイブリッド蓄電池を搭載した本発明の走行車輌の一実施形態の概略構成を示す模式的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す走行車輌における電力の流れを表すブロック図である。
【図３】図１に示す走行車輌における本発明のハイブリッド蓄電池、電流制御装置、及びモータの接続構成の一例を示す模式図である。
【図４】本発明に係るハイブリッド蓄電池の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図５】図４に示すハイブリッド蓄電池のリチウムイオン蓄電池の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図６】図４に示すハイブリッド蓄電池に用いられる４８Ｖ系・鉛蓄電池と、４８Ｖ系・燐酸鉄リチウムイオン蓄電池との充放電電圧挙動を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は、図４に示すハイブリッド蓄電池の主要部の模式図であり、（Ｂ）は、従来のハイブリッド蓄電池の構成を示す模式図であり、（Ｃ）は、従来の鉛蓄電池の構成を示す模式図であり、（Ｄ）は、従来のリチウムイオン蓄電池の構成を示す模式図である。
【図８】本発明に係る電力貯蔵設備の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図９】本発明に係る電力貯蔵設備を用いたスマートグリッドシステムの一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係るハイブリッド蓄電池、これを用いた走行車輌及び電力貯蔵設備、走行車輌を用いたスマートグリッド走行車輌システム、並びに電力貯蔵設備を用いた電力供給ネットワークシステム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。
【００３３】
図１は、本発明に係るハイブリッド蓄電池を搭載した本発明に係る走行車輌の一実施形態の概略構成を示す模式的に示すブロック図であり、図２は、図１に示す走行車輌における電力の流れを表すブロック図である。図３は、図１に示す走行車輌における本発明のハイブリッド蓄電池、電流制御装置、及びモータの接続構成の一例を示す模式図であり、図４は、本発明に係るハイブリッド蓄電池の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
図１に示す電気自動車１００は、本発明の走行車輌の一実施例であり、本発明のハイブリッド蓄電池を搭載している点を除いて一般的な電気自動車であるので、詳細な説明は省略するが、本発明のハイブリッド蓄電池（以下、単にバッテリともいう）１０と、駆動モータ１２と、減速ギア１４と、電流制御装置１６と、ブレーキ装置１７と、バッテリコントローラ１８と、充電器（車載充電器）２０と、電動パワーステアリング２２（図２参照）と、車輪２３と、図示しない電装品、空調装置、冷却器等のその他の構成要素を備える。なお、図示例では、ブレーキ装置１７は、電磁油圧アクチュエータ１７ａと、摩擦ブレーキ１７ｂとを有する。
【００３４】
なお、これらの電気自動車１００の構成要素は、駆動モータ１２、減速ギア１４、電流制御装置１６、及び車輪２３等を含む駆動系システム、電磁油圧アクチュエータ１７ａ及び摩擦ブレーキ１７ｂとを有するブレーキ装置１７、及び回生ブレーキとして作動させるために発電機として機能する駆動モータ１２等を含む制動系システム、並びに電動パワーステアリング２２等を含む操舵系システムから成る走行系システムと、バッテリ１０、バッテリコントローラ１８、バッテリマネジメントシステム１９（図２参照）、及び充電器２０等を含む電源系システムと、図示しないが、電装系、空調系、冷却系等のその他のシステムとに分類できる。
【００３５】
なお、図２に、図１に示す電気自動車１００における走行系システム及び電源系システムの各構成要素間の電力（電気エネルギ）の流れを示す。図２に示すように、走行系システムにおいて、駆動系システムで電力の授受に関係するのは、駆動モータ１２であり、制動系システムで電力の供給を受けるのは、電磁油圧アクチュエータ１７ａであり、操舵系システムで電力の供給を受けるのは、電動パワーステアリング２２であり、電源系システムにおいて、駆動モータ１２、電磁油圧アクチュエータ１７ａ、電動パワーステアリング２２に電力を供給するために放電するのはバッテリ１０であり、バッテリ１０を充電するのは外部電源等に接続される充電器２０であり、バッテリ１０の充放電を制御するバッテリコントローラ１８（図１参照）を含み、バッテリ１０の状態、例えば充電状態若しくは放電状態を管理するのがバッテリマネジメントシステム１９である。個々の構成要素に付いては、後述する。
【００３６】
図２に示すように、電気自動車１００の走行時には、バッテリ１０から放電された電気エネルギが、走行システムの駆動モータ１２、電磁油圧アクチュエータ１７ａ、及び電動パワーステアリング２２に供給され、回生制動時には、駆動モータ１２からバッテリ１０に回生エネルギ（回生電力）が充電され、充電時には、外部電源等に接続された充電器２０によって外部の電気エネルギが充電される。
なお、図２においては、バッテリコントローラ１８や他の必要な構成要素が省略されており、電力がバッテリ１０から直接駆動モータ１２等に供給され、外部電源等に接続された充電器２０や駆動モータ１２から直接充電されているように示されているが、図１に示されているように、バッテリコントローラ１８を介して、更には他の構成要素を介して供給され、また、充電されていることはいうまでもない。
【００３７】
まず、本発明のハイブリッド蓄電池（バッテリ）を説明するに先立ち、本発明の走行車輌である電気自動車１００の構成要素を上述した構成要素に基づいて説明する。
ここで、駆動系システムとしては、電気自動車１００を走行させるために駆動モータ１２を駆動させるのに必要な構成要素を備えるもので、図示例のように、駆動モータ１２、減速ギア１４、及び電流制御装置１６等を含むものであれば、特に制限的ではなく、電気自動車に用いられる公知の駆動系システムを用いることができる。
【００３８】
駆動モータ１２は、電気自動車１００を走行させるのに必要なパワー、トルク、回転数を車輪２３に付与するためのもので、電気自動車１００の加速走行時、及び定速走行時には、バッテリ１０からの電力（電気エネルギ）の供給によって電動モータとして機能して回転駆動され、電気自動車１００の減速走行時には、制動トルクを発生させて発電機として機能し回生ブレーキとして作動するものである。駆動モータ１２としては、これらの電気自動車１００に必要なパワー、トルク、回転数を発現でき、回生ブレーキとして作動させるために発電機としても機能する電動モータであれば、特に制限的ではなく、公知の電気自動車に用いられる公知のＡＣ（交流）モータやＤＣモータを用いることができるが、メンテナンス等の点からＡＣ（交流）モータを用いるのが好ましい。
【００３９】
減速ギア１４は、駆動モータ１２のトルクで電気自動車１００に要求されるトルクを得るために、駆動モータ１２の回転数を減速するのに用いられる減速装置であり、自動車等に用いられる公知の減速ギアを用いることができる。減速ギア１４において、例えば、駆動モータ１２の回転数をＮｍ、電気自動車１００に要求される車輪２３（駆動車軸２３ａ）の回転数をＮｅとするときのギア比Ｒが、Ｒ＝Ｎｍ／Ｎｅで表されるとき、駆動モータ１２のトルクをＴｍ、電気自動車１００に要求されるトルクＴｅとすると、Ｔｍ＝Ｔｅ／Ｒで表すことができる。
なお、駆動モータ１２のトルクＴｍが、電気自動車１００に要求されるトルクＴｅを満足する場合には、減速ギア１４を設ける必要は無く、駆動モータ１２で直接駆動車軸２３ａを駆動すればよいが、駆動モータ１２が大型となり、重量も重くなるので、減速ギア１４を設けるのが好ましい。
【００４０】
電流制御装置１６は、駆動モータ１２のトルク及び回転数を電気自動車１００の運転状態に応じて要求されるトルク及び回転数に可変制御するためのもので、電気自動車等に用いられる公知の電流制御装置を用いることができるが、ＤＣモータであれば、バッテリ１０のＤＣ電圧及びＤＣ電流をＤＣモータ駆動用に電力変換するものであればよいが、ＡＣモータでは、回転数が電源周波数に依存するため、バッテリ１０のＤＣ電圧及びＤＣ電流をＡＣに変換し、周波数可変・電圧可変に制御することができるインバータ回路が電力変換回路として用いられる。このようなインバータ回路としては、電気自動車等に用いられる公知のインバータを用いることができる。
【００４１】
また、制動（ブレーキ）系システムは、走行している電気自動車１００を減速したり、停止したりするために、車輪２３（駆動車軸２３ａ）の回転数を低下させたり、車輪２３の回転を停止させたりするのに必要な構成要素を備えるもので、図示例のように、ブレーキ装置１７、及び回生ブレーキとして作動させる駆動モータ１２等を含むものであれば、特に制限的ではなく、電気自動車に用いられる公知の制動系システムを用いることができる。
ブレーキ装置１７は、回転している車輪２３を摩擦力等によって強制的に減速又は停止させるためのもので、摩擦ブレーキ１７ｂを回転している車輪２３に直接当接させるように電子制御するための電磁油圧アクチュエータ１７ａと、回転している車輪２３に直接当接して摩擦力により車輪２３の回転に制動（ブレーキ）を掛ける摩擦ブレーキ１７ｂとを備える。なお、ブレーキ装置１７、電磁油圧アクチュエータ１７ａ、及び摩擦ブレーキ１７ｂとしては、回転している車輪２３を摩擦力等によって強制的に減速又は停止させることができれば、特に制限的ではなく、通常の自動車に用いられるものを用いることができる。
【００４２】
上述したように、電気自動車１００の制動時には、駆動モータ１２で制動トルクを発生させて、回生ブレーキとして作動させ、駆動モータ１２を発電機として機能させて、電気エネルギを回生エネルギ（回生電力）として回収し、バッテリ１０に充電し貯蔵する。
なお、電気自動車１００では、通常の緩やかな減速を得るための緩やかな制動では、走行エネルギ効率向上のために、回生ブレーキをできるだけ使用して、バッテリ１０に貯蔵されている電気エネルギを有効利用するのが好ましいが、急減速時、所謂急ブレーキ時、低速走行時には、回生ブレーキだけでは、充分な制動力を得ることができないので、ブレーキ装置１７の摩擦ブレーキ１７ｂを主として用い、回生ブレーキは回生エネルギを回収するために補助的に用いるのが好ましい。このように、電気自動車１００では、制動の状態に応じて駆動モータ１２による回生ブレーキと、ブレーキ装置１７の摩擦ブレーキ１７ｂとを使い分けるように制御するのが好ましい。
【００４３】
これら走行系のシステムは、図２に矢印で示すように、本発明のハイブリッド蓄電池であるバッテリ１０からの放電（電力の供給）を受けて動作し、また制動系システムで、駆動系システムの駆動モータ１２を回生ブレーキとして作動させることにより、発電機として作動させ、回生制動時の回生エネルギ（回生電力）の発生時には、バッテリ１０への充電を行う。
なお、回生制動時の回生エネルギに基づく回生電力の回収には、電気自動車１００の構成に応じて種々の公知の構成を利用することができる。
【００４４】
また、操舵系システムは、走行している電気自動車１００を道路や駐車場等における様々な運転状況に応じて進路の変更をするのに必要な構成要素を備えるもので、図示しないハンドルや、図示例の電動パワーステアリング２２等を含むものであれば、特に制限的ではなく、電気自動車に用いられる公知の操舵系システムを用いることができ、公知のハンドルや電動パワーステアリング等を用いることができる。
【００４５】
また、その他のシステムとしては、図２には図示していないが、例えば、照明、デフォッガ、各種モータ等の電装系システム、電動コンプレッサ、ブロア、ヒータ等の空調（冷暖房）系システム、電動ポンプ等の冷却系システムなどが考えられ、上述と同様、バッテリ１０からの放電を受けて動作する。
なお、これらの電装系、空調系、冷却系等のその他のシステムについても、特に制限的ではなく、通常の自動車等に用いられる公知のシステムを用いて良いことはもちろんである。
【００４６】
次に、電源系システムは、本発明の特徴とする部分であり、電気自動車１００を走行させるために、駆動モータ１２に駆動用電気エネルギを供給するのに必要な構成要素を備えるもので、本発明の最も特徴とするハイブリッド蓄電池であるバッテリ１０、バッテリコントローラ１８を含むバッテリマネジメントシステム１９（図２参照）、及び充電器２０等を含むものである。
ここで、バッテリ１０は、本発明のハイブリッド蓄電池である。
以下では、本発明のハイブリッド蓄電池を構成する有機溶液系蓄電池及び水溶液系蓄電池の代表例として、それぞれリチウムイオン蓄電池及び鉛蓄電池を挙げて説明するが、本発明は、これらに限定されないことはいうまでもない。
バッテリ１０は、図３に示すように、複数（図示例では４個）のリチウムイオン蓄電池２４Ａからなるリチウムイオン蓄電池部２４と、複数（図示例では４個）の鉛蓄電池２６Ａからなる鉛蓄電池部２６とを有するものであり、その詳細な説明は、後述するが、図２に示すように、走行系システムの各構成要素、即ち、駆動モータ１２、ブレーキ装置１７の電磁油圧アクチュエータ１７ａ、及び電動パワーステアリング２２等、並びにその他システムの各構成要素に対して放電によって電気エネルギを供給し、また、回生電力により充電され、さらに、所定の充電容量（充電可能な電気量をいう）のバッテリ１０の放電が進み、バッテリ１０の充電量又は電池残量（バッテリ１０に現在充電されている又は残存している電気量をいう）が、所定の充電レベル（所定の電気量をいう）になると、電気自動車１００に搭載された充電器（車載充電器）２０を外部電源（図示せず）等に接続することにより充電される。また、バッテリ１０は、図示しない電源に接続された図示しない外部充電器、例えば外部の急速充電器等により、急速に充電されても良い。
【００４７】
バッテリコントローラ１８は、バッテリマネジメントシステム１９の管理下で、バッテリ１０を制御するもので、バッテリ１０の並列接続された各リチウムイオン蓄電池２４Ａと各鉛蓄電池２６Ａからなり、高電圧を作り出すために直列接続された各仮想電池３２間の充電レベルを揃えたり、そのバランスを保ったりする仮想電池バランス回路３０Ａを備え、走行系システム及びその他システムの各構成要素に電気エネルギを供給するために、また、過放電等による電池の異常、例えば、蓄電池としての性能の劣化や寿命の短縮、特に、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険を発生させないように、バッテリ１０の放電を制御すると共に、過充電等による電池の異常を発生させないように、回生電力によるバッテリ１０の充電や、充電器２０によるバッテリ１０の充電を制御する。
バッテリマネジメントシステム１９は、バッテリコントローラ１８を含み、バッテリコントローラ１８を介してバッテリ１０の充放電を制御し、管理するのみならず、バッテリ１０の状態、例えば充電状態若しくは放電状態を管理するのみならず、バッテリ１０からのエネルギ供給や、回生ブレーキとして作動し発電機として機能する駆動モータ１２からの回生制動による回生エネルギ（回生電力）のバッテリ１０への充電を制御する。
【００４８】
例えば、バッテリマネジメントシステム１９は、バッテリ１０が所定の充電方法で充電されるように充電方法や充電条件や充電状態を制御したり、各リチウムイオン蓄電池２４Ａ、各鉛蓄電池２６Ａ、各仮想電池の状態を観測できるように、電池電圧や温度、電流などを測定するための温度センサや、電圧・電流センサ等が備えていてもよいし、測定データを出力する機能を備えていても良い。
なお、従来技術においては、リチウムイオン蓄電池２４Ａを用いる場合には、各リチウムイオン蓄電池２４Ａ毎にその過充電や過放電等、特に過充電による異常を防止するための保護回路や保護スイッチが必要であったが、本発明においては、後述する理由により、リチウムイオン蓄電池２４Ａには、過充電による異常の防止のための保護回路や保護スイッチは不要であるので、バッテリコントローラ１８にも、バッテリマネジメントシステム１９にも保護回路や保護スイッチが含まれていない。
【００４９】
充電器２０は、電気自動車１００に搭載され、家庭内の電源、例えば、ＡＣ１００Ｖの電源や工場や事業所等のＡＣ１００Ｖや２００Ｖの電源等の外部電源等に接続され、所定の充電方法でバッテリ１０に対して所定の条件で充電を行うためのもので、基本的に、バッテリ１０に用いられる蓄電池を蓄電池の種類に合った充電方法で充電するものである。
なお、本発明では、バッテリ１０に用いられるリチウムイオン蓄電池部２４の各リチウムイオン蓄電池２４Ａが、鉛蓄電池部２６の鉛蓄電池２６Ａより先に放電が進行するので、リチウムイオン蓄電池２４Ａの充電レベルが所定レベル以下になった際に、リチウムイオン蓄電池２４Ａの充電方法に併せて、その電池残量（現在の充電量）が少ない場合には、定電流充電を行い、満充電（充電終止電圧）付近では（現在の充電量がリチウムイオン蓄電池２４Ａの電池容量に近い場合には）、定電圧充電がなされる。これらのリチウムイオン蓄電池２４Ａの定電流−定電圧充電においては、満充電付近では定電圧充電され、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電による異常とならないように、また、鉛蓄電池２６Ａからガス（酸素ガス及び水素ガス）が激しく発生しないように設定されている。
【００５０】
なお、充電器２０は、電気自動車１００内に設置されて内蔵されていても良いし、電気自動車１００の外部にあって、あるいは、電気自動車１００のトランク等に収納されていて、充電時に、外部電源とバッテリ１０とに接続して充電を行うものであっても良い。
また、本発明のハイブリッド蓄電池よりなるバッテリ１０は、外部の充電設備、例えば後述する蓄電池交換設備（電池デポ：Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｄｅｐｏｔ）のような外部の電力貯蔵設備２００に設置されている充電設備３６等を用いて充電しても良い。
【００５１】
次に、本発明のハイブリッド蓄電池に付いて説明する。
本発明のハイブリッド蓄電池よりなるバッテリ１０は、図３及び図４に示すように、バッテリ１０は、リチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとを並列接続して構成される仮想電池３２を複数（図示例では４個）直列接続したハイブリッド蓄電池である。
【００５２】
なお、本発明のバッテリ１０では、各リチウムイオン蓄電池２４Ａと各鉛蓄電池２６Ａとは並列接続されて各仮想電池３２を構成している必要があるが、複数（図示例では４個）の仮想電池３２は、直列接続されているので、複数（図示例では４個）の直列接続されたリチウムイオン蓄電池２４Ａから成るリチウムイオン蓄電池部２４と、複数（図示例では４個）の直列接続された鉛蓄電池２６Ａから成る鉛蓄電池部２６とをユニットとして構成し、各リチウムイオン蓄電池２４Ａと各鉛蓄電池２６Ａとが並列接続されるように構成しても良い。このようにユニット化することで、同種の蓄電池を一体として取り扱いことができ、特に、後述するリチウムイオン蓄電池部２４のカセットモジュール化を容易にすることができる。
また、本発明のバッテリ１０の各仮想電池３２には、仮想電池バランス回路３０Ａが並列接続されるので、バッテリマネジメントシステム１９（バッテリコントローラ１８）の仮想電池バランス回路３０Ａ、リチウムイオン蓄電池２４Ａ及び鉛蓄電池２６Ａは、並列接続される。ここでも、複数（図示例では４個）の直列接続された仮想電池バランス回路３０Ａを仮想電池バランス回路部３０としてユニット化して用いても良い。仮想電池バランス回路部３０をユニット化して用いることにより、仮想電池バランス回路３０Ａの取り扱いを一体として容易にすることができる。
【００５３】
ここで、本発明においては、仮想電池３２を構成する並列接続されたリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとは、互いに近接した平均放電電圧（平均作動電圧）を有するように構成されている必要がある。なお、蓄電池が使用される際の放電は、蓄電池に接続された機器を作動させるための作動電圧ということもできるので、平均放電電圧を平均作動電圧と言い換えても良い。ここで、平均放電電圧とは、後述する図６に示すリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａの充放電電圧挙動のグラフＬａ及びＬｂから明らかなように、放電は、長時間に亘って行われ、その間徐々に電池の正負極端子間の電圧、即ち放電電圧は徐々に低下していく（図６のグラフＬａの領域Ｃ及びグラフＬｂの領域Ｅ参照）ので、その放電電圧の平均を意味するが、放電による電圧の低下は、ほぼ一様であるといえるので、おおよそ、各蓄電池の充電率が５０％付近における各蓄電池の端子間電圧で代表させても良い。
【００５４】
本発明のバッテリ１０は、所定の定格電圧を持つ負荷、例えば、電気自動車１００の走行システムの駆動モータ１２等に接続されるために、各仮想電池３２は、所定の定格電圧を仮想電池３２の個数（図示例では４）で分割された分割電圧を担う必要があるので、仮想電池３２を構成するリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとは、並列接続されているので、共に分割電圧を担う必要がある。したがって、リチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとが互いに近接した平均放電電圧（平均作動電圧）を持つとは、本発明のバッテリ１０が所定の付加に接続されたときに、両方が共に所定の分割電圧を担うことができる場合がある、即ち、両方が放電して負荷を駆動することができる場合があることをいう。
【００５５】
次に、本発明においては、仮想電池３２を構成する並列接続されたリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとは、リチウムイオン蓄電池２４Ａの過充電危険電圧が鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧よりも高く、リチウムイオン蓄電池２４Ａの充電終止電圧が鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧よりも低くなるように構成されている必要がある。
ここで、本発明において、リチウムイオン蓄電池２４Ａの過充電危険電圧とは、この電圧を超えて充電すると、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険性等の異常が発生する恐れがある充電電圧であり、リチウムイオン蓄電池２４Ａの充電終止電圧とは、この電圧を超えて充電すると、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電となる恐れがある充電電圧（後述の図６のグラフＬｂの領域Ｅにおいて領域Ｄと領域Ｅとの境界にあるピーク電圧から少し低下した電圧参照）であり、完全充電電圧や満充電電圧ということもできる。
また、本発明において、鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧とは、この電圧を超えて充電すると、鉛蓄電池２６Ａが過充電となる恐れがある充電電圧（後述の図６のグラフＬａの平坦な領域Ｂの電圧参照）であり、完全充電電圧や満充電電圧ということもでき、鉛蓄電池２６Ａを充電する際の充電器の設定電圧とされる電圧である。
【００５６】
本発明において、リチウムイオン蓄電池２４Ａの過充電危険電圧が鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧よりも高くなるように構成するのは、本発明のバッテリ１０が充電、例えば、回生電力等で充電されている場合、リチウムイオン蓄電池２４Ａが充電されることになるが、充電異常等が発生し、充電電圧が高くなって、鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧に達しても、鉛蓄電池２６Ａの電極から水溶液の電気分解による水素が発生し、全てが電気分解されない限り、充電電圧をそれ以上高くなることは無いからである。
【００５７】
即ち、リチウムイオン蓄電池２４Ａ自体を使用できないほどの著しい性能劣化をもたらし、安全上問題となるリチウムイオン蓄電池２４Ａの万が一の過充電による蓄電池としての性能の劣化や寿命の短縮、特に、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険性等の異常も、鉛蓄電池２６Ａにおける水素発生によって未然に防止される。即ち、従来、安全上の問題から、リチウムイオン蓄電池２４Ａに必須であった、高価な保護回路や保護スイッチを設けなくても、リチウムイオン蓄電池２４Ａの万が一の過充電による異常を防止することができる。もちろん、鉛蓄電池２６Ａにおける激しい水素発生は、鉛蓄電池２６Ａの性能を低下させるし、場合によっては危険でもあるので、バッテリマネジメントシステム１９による充電状態の管理で、充電を停止させるように構成されていることはいうまでもない。
一方、本発明において、リチウムイオン蓄電池２４Ａの充電終止電圧が鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧よりも低くなるように構成するのは、鉛蓄電池２６Ａから水素を発生させることなく、リチウムイオン蓄電池２４Ａを完全に充電する必要があるからである。
【００５８】
また、本発明においては、仮想電池３２を構成する並列接続されたリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとは、リチウムイオン蓄電池２４Ａの平均放電電圧が、鉛蓄電池の充電終止電圧と鉛蓄電池２６Ａの平均放電電圧との間にくるように構成されていることが好ましく、リチウムイオン蓄電池２４Ａの放電終止電圧が、鉛蓄電池２６Ａの放電終止電圧より高くなるように構成されていることが好ましい。
なお、本発明において、リチウムイオン蓄電池２４Ａの放電終止電圧とは、この電圧未満まで放電すると、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過放電となる恐れがある放電電圧（後述の図６のグラフＬｂの領域Ｅの図中右端の電圧参照）であり、完全放電電圧ということもできる。また、本発明において、鉛蓄電池２６Ａの放電終止電圧とは、この電圧未満まで放電すると、鉛蓄電池２６Ａが過放電となる恐れがある放電電圧（後述の図６のグラフＬａの領域Ｃの図中右端の電圧参照）であり、完全放電電圧ということもできる。
【００５９】
このようにするのは、リチウムイオン蓄電池２４Ａの平均放電電圧が、鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧と鉛蓄電池２６Ａの平均放電電圧との間にあれば、また、リチウムイオン蓄電池２４Ａの放電終止電圧が、鉛蓄電池２６Ａの放電終止電圧より高ければ、本発明のバッテリ１０からの放電によるエネルギの供給を、満充電の状態からの放電の序盤には主にリチウムイオン蓄電池２４Ａから行わせ、また、満充電の状態からの放電の中盤から終盤にかけてはリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとの両方から行わせることができるからであり、過放電による異常に対して耐性の低い鉛蓄電池２６Ａより過放電による異常に対して耐性の高いリチウムイオン蓄電池２４Ａの方が先に放電終止の状態になるからである。本発明において、放電の序盤とは、バッテリ１０が満充電された直後から、バッテリ１０の充電率が高い状態での放電をいい、放電の終盤とは、満充電の状態から放電が進み、バッテリ１０の充電率が低い状態での放電をいう。
【００６０】
また、本発明のバッテリ１０において、以上のように構成しておくことにより、高エネルギ密度の電力が要求される場合や、一定の電力が安定的に要求される場合、例えば電気自動車１００において、定常走行する場合や、一定速走行する場合には、リチウムイオン蓄電池２４Ａ（リチウムイオン蓄電池部２４）から主として放電させ、高パワーのエネルギ、即ち電力が要求される場合、例えば電気自動車１００において、加速する場合には、鉛蓄電池２６Ａ（鉛蓄電池部２６）から主として放電させることができるので、様々な状態のエネルギ供給が必要とされる不可に適切に対応することができる。また、本発明のバッテリ１０からの高パワー電力の供給により、鉛蓄電池２６Ａ（鉛蓄電池部２６）からの放電により、鉛蓄電池２６Ａの電池残量が低下しても、鉛蓄電池２６Ａをリチウムイオン蓄電池２４Ａから充電することができる。また、誤って、バッテリ１０を過放電状態にした場合でも、先に、耐性の高いリチウムイオン蓄電池２４Ａが過放電状態になるので、過放電による異常のダメージが大きく、耐性の低い鉛蓄電池２６Ａが過放電状態になるのを遅らせることができる。
【００６１】
以上のように構成しておくことにより、高エネルギ密度の電力が要求される場合や、一定の電力が安定的に要求される場合、例えば電気自動車１００において、定常走行する場合や、一定速走行する場合には、リチウムイオン蓄電池２４Ａ（リチウムイオン蓄電池部２４）から主として放電させ、高パワーのエネルギ、即ち電力が要求される場合、例えば電気自動車１００において、加速する場合には、鉛蓄電池２６Ａ（鉛蓄電池部２６）から主として放電させることができるので、様々な状態のエネルギ供給が必要とされる不可に適切に対応することができる。また、本発明のバッテリ１０からの高パワー電力の供給により、鉛蓄電池２６Ａ（鉛蓄電池部２６）からの放電により、鉛蓄電池２６Ａの電池残量が低下しても、鉛蓄電池２６Ａをリチウムイオン蓄電池２４Ａから充電することができる。
【００６２】
本発明のバッテリ１０において、リチウムイオン蓄電池２４Ａは、リチウムイオン単電池である１個のリチウムイオンセルからなるものであっても良いし、複数個のリチウムイオンセルを直列に接続して所定の電圧となるように構成されたものであっても良いし、図５に示すように、複数個のリチウムイオンセル２４Ｂを並列に接続したリチウムイオンセル群２４Ｃを複数個（図示例では４個）直列に接続して所定の電圧となるように構成されたものであっても良い。
なお、複数個のリチウムイオンセルを直列に接続して所定の電圧となるように構成する場合には、直列に接続された複数個のリチウムイオンセル間の充電バランスを揃えるためのセルバランス回路を、各リチウムイオンセル毎に並列に接続するように設けておくことが好ましい。また、図５に示すように、複数個（図示例では４個）のリチウムイオンセル群を２４Ｃを直列に接続して所定の電圧となるように構成する場合には、直列に接続された複数個のリチウムイオンセル群２４Ｃの間の充電バランスを揃えるためのセルバランス回路３４を、各リチウムイオンセル群２４Ｃ毎に並列に接続するように設けておくことが好ましい。
【００６３】
また、本発明のバッテリ１０において、鉛蓄電池２６Ａは、鉛蓄電池の単電池である１個の鉛蓄電池セルからなるものであっても良いし、複数個の鉛蓄電池セルを直列に接続して所定の電圧となるように構成されたものであっても良いし、複数個の鉛蓄電池セルを並列に接続した鉛蓄電池セル群を複数個直列に接続して所定の電圧となるように構成されたものであっても良い。また、鉛蓄電池２６Ａとしては、種々のタイプ、例えば、制御弁式又はシールド型や、非シールド型等があるが、本発明は特に制限的ではなく、用途等に応じて適宜選択すればよい。
なお、複数個の鉛蓄電池セルを直列に接続して所定の電圧となるように構成する場合には、直列に接続された複数個の鉛蓄電池セル間の充電バランスを揃えるためのセルバランス回路を、各鉛蓄電池セル毎に並列に接続するように設けておくことが好ましい。また、複数個の鉛蓄電池セル群を直列に接続して所定の電圧となるように構成する場合には、直列に接続された複数個の鉛蓄電池セル群の間の充電バランスを揃えるためのセルバランス回路を、各鉛蓄電池セル群毎に並列に接続するように設けておくことが好ましい。
【００６４】
また、本発明のバッテリ１０において、直列接続する仮想電池３２の数や、リチウムイオン蓄電池２４Ａを構成するために直列接続するリチウムイオンセルの数、又は直列接続するリチウムイオンセル群２４Ｃの数、及びリチウムイオンセル群２４Ｃを構成するために並列接続するリチウムイオンセル２４Ｂの数や、鉛蓄電池２６Ａを構成するために直列接続する鉛蓄電池セルの数、又は直列接続する鉛蓄電池セル群の数、及び鉛蓄電池セル群を構成するために並列接続する鉛蓄電池セルの数は、特に制限的ではなく、バッテリ１０に要求される電圧、即ち負荷を駆動するのに必要な電圧に応じて、本発明に要求される条件を満たすように、適宜設定すればよい。
【００６５】
ここで、本発明に用いられるリチウムイオン蓄電池２４Ａとしては、正極活物質として燐酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）を用い、負極にはカーボン系やシリコン系の活物質を用い、単セルの平均作動電圧が３．３Ｖである３．３Ｖ系のリチウムイオンセルを用いた燐酸鉄リチウムイオン蓄電池（以下では、ＬＦＰＯ系リチウムイオン電池ともいう）や、正極材料として、ＮＭＣ、ＮＣＡ、ＬＣＯ、ＬＭＯ等を用い、単セルの平均作動電圧が３．６Ｖである３．６Ｖ系のリチウムイオンセルを用いたリチウムイオン蓄電池等を挙げることができ、この他、本発明に要求される条件を満たすようなリチウムイオン蓄電池であれば、如何なるリチウムイオン蓄電池を用いても良いが、本発明では、ＬＦＰＯ系リチウムイオン電池を用いることが好ましい。ここでは、αＶ系とは、平均作動電圧がαＶであることをいうものとする。
【００６６】
一方、本発明に用いられる鉛蓄電池２６Ａは、特に制限的ではなく、従来公知の鉛蓄電池を用いることができる。
なお、鉛蓄電池としては、平均作動電圧が２Ｖである２Ｖ系単セルが６個直列接続された平均作動電圧が１２Ｖである１２Ｖ系鉛蓄電池が上市されているので、鉛蓄電池２６Ａとして、１２Ｖ系鉛蓄電池を用い、リチウムイオン蓄電池２４Ａとして、平均作動電圧が１２Ｖに近く、かつ１２Ｖより少し高くなるようにすると共に、上述した本発明の電圧の条件を満足するように、リチウムイオン蓄電池２４Ａを構成する直列接続リチウムイオンセル２４Ｂ、又は直列接続リチウムイオンセル群２４Ｃの数を設定することができる。
なお、この場合には、仮想電池３２の作動電圧は、９．０Ｖ〜１７．０Ｖの範囲にあるように設定することが好ましい。
【００６７】
なお、鉛蓄電池２６Ａとして、例えば２４Ｖ系の鉛蓄電池として用いても良いが、この場合には、仮想電池の作動電圧は、１８．０Ｖ〜３４．０Ｖの範囲にあるように設定することが好ましい。
また、鉛蓄電池２６Ａとして、例えば、４８Ｖ系の鉛蓄電池として用いても良いし、全く新規に、任意の個数の鉛蓄電池セルを直列接続して用いても良いのはもちろんである。
【００６８】
本発明においては、例えば、１２Ｖ系のリチウムイオン蓄電池２４Ａと１２Ｖ系の鉛蓄電池２６Ａとを並列接続して仮想電池３２を構成し、これら１２Ｖ系の仮想電池３２を４つ直列接続することで、図４に示す４８Ｖ系のハイブリッド蓄電池である本発明のバッテリ１０を構成しても良い。
以下の説明では、具体例としては、この１２Ｖ系のリチウムイオン蓄電池２４Ａと１２Ｖ系の鉛蓄電池２６Ａとを用いる４８Ｖ系のハイブリッド蓄電池である本発明のバッテリ１０を代表例として説明する。
この時、鉛蓄電池２６Ａとしては、１２Ｖ、４５Ａｈの鉛蓄電池を用いるのが良いが、ＡＣ ＤＥＬＣＯ社のＳ５５Ｂ２４Ｌ、４５Ａｈ、４３０ＣＣＡ、２３９Ｌ×１３４Ｗ×２０１Ｈ（ｍｍ）、１２．８ｋｇを用いてもよい。なお、１２Ｖ系の鉛蓄電池は、最も一般的に市場に出回っており安価に手に入る鉛蓄電池である。
【００６９】
また、本発明のバッテリ１０には、図２に示すバッテリマネジメントシステム１９として、直列された仮想電池３２の充電状態のバランスを所定の範囲に保つ仮想電池バランス回路３０Ａが接続される。仮想電池バランス回路３０Ａは、比較的小さな電力をやり取りする回路であり、回路コストは従来のリチウムイオン蓄電池に必須の保護回路や保護スイッチと比べて非常に安価である。
仮想電池３２は、この仮想電池バランス回路３０Ａを備えることで、仮想電池３２間の充電レベルを略一定に保っている。また、仮想電池バランス回路３０Ａは、電流制御装置１６にその機能を持たせてもよい。
【００７０】
また、図５に示すように、リチウムイオン蓄電池２４Ａは、リチウムイオンセル２４Ｂを直列及び並列に接続して、所定の電圧となるように構成された蓄電池である。
例えば、リチウムイオン蓄電池２４Ａとして、１２Ｖ系のリチウムイオン蓄電池を用いる場合、外形が２６ｍｍで高さが６５ｍｍのいわゆる２６６５０型の円筒型Ｌｉ−ｉｏｎセルを２４並列に接続したリチウムイオンセル群２４Ｃを４直列に接続して、リチウムイオン蓄電池２４Ａが構成される。なお、円筒型のリチウムイオンセル２４Ｂは、３Ｖ、３Ａｈであるので、リチウムイオン蓄電池２４Ａとしては１２Ｖ、７２Ａｈとなる。
【００７１】
リチウムイオン蓄電池２４Ａの各２４並列接続リチウムイオンセル群２４Ｃには、直列セル間の充電レベルを合わせるための後述するセルバランス回路３４が装着される。このセルバランス回路３４は長期間の電池使用においては必須である。なお、リチウムイオン蓄電池２４Ａの外形を既存の鉛蓄電池２６Ａ（１２Ｖ、４５Ａｈ）と同等とするため、リチウムイオン蓄電池の電池ケースを２３９Ｌ×１３４Ｗ×２０１Ｈ（ｍｍ）（端子除く）とし、このサイズの電池ケースの中に、リチウムイオンセル２４Ｂ・９６セル、セルバランス回路３４、及び端子を収納する。
なお、本実施例のリチウムイオンセル２４Ｂは、ＬＦＰＯ系蓄電池である燐酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）イオンセルである。燐酸鉄リチウムイオン蓄電池は、電圧平坦性に優れ、また、構造的に熱安定性に優れ、他のリチウムイオン蓄電池に比べて安価で、環境負荷性も低いことが知られている。
【００７２】
また、上述のとおり、仮想電池バランス回路３０Ａと同様、リチウムイオンセル２４Ｂは、その内部に、各並列電池群において直列セル間の充電バランスを調整するためのセルバランス回路３４を備え、直列セル間の充電容量のバランスを所定の範囲に保っている。
【００７３】
電気自動車などの走行車輌ではエネルギ貯蔵デバイス、つまり蓄電池の軽量化が重要である。コストと重量のバランスを考えると、リチウムイオン蓄電池２４Ａは容量比で１０％以上、９０％以下を占めることが望ましい。上述の仮想電池の例では、鉛蓄電池２６Ａの電池容量が４５Ａｈであるのに対して、リチウムイオン蓄電池２４Ａの電池容量は７２Ａｈであり、容量比が上述の要件を満たしている。
【００７４】
なお、上述のとおり、一般的なリチウムイオン蓄電池は、各蓄電池間の電圧や充電バランスを揃えるバランス回路とは別に、過充電や過放電に陥って、過充電や過放電による異常を引き起こし、その寿命を著しく損なうのを防ぐために、保護回路又は保護スイッチを必須の構成として備える。そして、保護回路又は保護スイッチは非常に高価で、リチウムイオン蓄電池単体と略同じコストが掛かる。
【００７５】
しかし、本発明の仮想電池３２は、リチウムイオン蓄電池２４Ａが鉛蓄電池２６Ａと並列接続されており、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電危険電圧に達する前に、鉛蓄電池２６Ａが充電終止電圧に達して水素ガスを発生させて、電気エネルギを消費するため、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電による異常な状態に陥る危険が少ない。つまり、鉛蓄電池が保護回路又は保護スイッチの役割を果たすため、保護回路又は保護スイッチのコストを削減することができ、バッテリに掛かるコストの大幅な削減が可能となる。なお、充電電圧が過度に高すぎる、あるいはその結果として、鉛蓄電池が激しく水素発生して高温になったなどという電圧、温度情報はバッテリマネジメントシステム１９により測定され、記録や後日の是正（不良電池の交換などのメンテナンス）のためにデータ転送されるものである。
【００７６】
また、上述のとおり、充電器２０は、燐酸鉄リチウムイオン蓄電池の場合、満充電付近では、定電圧充電を行う。通常、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電とならないように、また、鉛蓄電池２６Ａから水素ガスが発生しないように、１４．０−１４．４Ｖで定電圧充電するように設定されているのが好ましい。
【００７７】
また、電磁油圧アクチュエータ１７ａ等の回生エネルギに基づく充電の場合も、ハイブリッド蓄電池のリチウムイオン蓄電池部分の電池残量が少ないうちは定電流充電が行われ、満充電付近では、充電器２０と同様に、１４．０−１４．４Ｖで定電圧充電されるように設計されているのが好ましい。
【００７８】
本実施形態におけるリチウムイオン蓄電池部２４は、前述のとおり、１２Ｖ系リチウムイオン蓄電池２４Ａによって構成され、前述のとおり、コネクタを介して、鉛蓄電池部２６と接続され、１２Ｖ系リチウムイオン蓄電池２４Ａと１２Ｖ系鉛蓄電池２６Ａとが並列接続されて仮想電池３２を構成し、仮想電池３２がそれぞれ直列接続されてハイブリッド蓄電池１０を構成するように接続される。
【００７９】
また、上述の１２Ｖ系の蓄電池の構成の他に、２４Ｖ系の鉛蓄電池と並列接続する場合には、２４Ｖ系のリチウムイオン蓄電池として、３．６Ｖ系リチウムイオンセルの正極材料（ＮＭＣ、ＮＣＡ、ＬＣＯ、ＬＭＯ等）を用いて単セルを構成して７〜８個直列とするか、燐酸鉄リチウムを主たる正極活物質に用いて３Ｖ系の単セルを構成して８〜９直列とするかを選択できる。なお、これらの場合の負極にはカーボン系若しくはシリコン系材料が使われる。
【００８０】
ハイブリッド蓄電池１０は、上述したように、放電の序盤は主にリチウムイオン蓄電池２４Ａから電力の供給が行われ、また、放電の終盤は鉛蓄電池２６Ａから電力の供給が行われるように、電池ケミストリを組み合わせることで、深放電サイクル性能に優れたリチウムイオン蓄電池２４Ａを最初に使い、深放電サイクル寿命が短い鉛蓄電池２６Ａの放電深度を浅く保つことができる。
なお、電池ケミストリとは、各蓄電池（リチウムイオン蓄電池２４Ａ及び鉛蓄電池２６Ａ）を構成する正極活物質、負極活物質、及び電解液に関することである。
【００８１】
ところで、一般的な電気自動車に用いられるバッテリの電圧は３００〜４００Ｖであるが、本発明のバッテリ１０は、６０Ｖを超えた直流電源、直流電気回路に要求されるような厳しい法規制を適用されないためにも電圧が６０Ｖ以下に設定され、小型車やオート三輪などに用いられてもよい。
一般的に、トラックやバスなどの重量車は、６００Ｖ系などの高電圧電源を用い、乗用車は３００Ｖ系の電源を用い、車重が５００ｋｇ以下の小型車は、６０Ｖ以下の低電圧電源を用いることが好ましい。６０Ｖ以下の低電圧電源は、人体への危険が少なく、法律の規制も緩やかで、システム全体のコストが安くなる。また、車重が重くなってくると、低電圧では電流が大きくなり過ぎて、システムコストがかえって増加する。
【００８２】
なお、図３に示すように、リチウムイオン蓄電池部２４は、鉛蓄電池部２６及び仮想電池バランス回路部３０と接続されている。このとき、バッテリ（ハイブリッド蓄電池）１０からリチウムイオン蓄電池部２４のみを１つのカセットモジュールとして取り外し、交換できるようにしてもよい。このとき、リチウムイオン蓄電池部２４を取り出しても鉛蓄電池部２６はまだ十分な放電容量を残しているので、電気自動車１００は移動可能である。
【００８３】
ちなみに図３では示されていないが、バッテリ（ハイブリッド蓄電池）１０と充放電電圧、電流制御装置（たとえばインバータなど）１６との間には通常メンテナンスなどを容易にするためコネクタや手動遮断スイッチなどが設けられている。
また、図３のハイブリッド蓄電池を後述する電力貯蔵装置に用いる場合は、電流制御装置（たとえばインバータなど）１６は駆動モータ１２に接続されているのでなく後述するグリッドに接続されることになる。
【００８４】
また、０℃以下の低温では低温性能が著しく劣るリチウムイオン蓄電池に代わって鉛蓄電池２６Ａが主に放電し、使用によるリチウムイオン蓄電池２４Ａの内部温度の上昇に伴いリチウムイオン蓄電池の寄与が増える。つまり、ハイブリッド蓄電池１０はリチウムイオン蓄電池２４Ａと比較して低温性能も改善する。
【００８５】
このように、ハイブリッド蓄電池１０は鉛蓄電池２６Ａを使ってもサイクル寿命の低下を招かず、また、リチウムイオン蓄電池２４Ａを用いても優れた低温性能が得られるなど、コスト、性能に優れた電気自動車１００を提供できる。
【００８６】
ところで、本発明のハイブリッド蓄電池１０は、リチウムイオン蓄電池２４Ａのように有機溶液（可燃性）を電解液として用いた完全密閉型蓄電池（有機溶液系蓄電池）と、鉛蓄電池２６Ａのように水溶液を電解液として用いた水溶液系蓄電池とを並列接続し、仮想電池を構成することにより、過充電時のエネルギを水溶液系蓄電池の電解液分解反応に消費し、有機溶液系蓄電池の電解液分解→内圧上昇→安全弁作動による可燃性ガスの電池系外への噴出、若しくは、熱逸走による電池の発熱、発火等の異常を防止するものである。
このため、有機溶液系蓄電池と水溶液系蓄電池との充放電に関する種々の電圧を始めとする種々の関係は、リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池との充放電に関する種々の電圧を始めとする種々の関係を満たすのはいうまでもない。
【００８７】
したがって、有機溶液系蓄電池は、リチウムイオン蓄電池に限らず、過充電耐性の低い可燃性有機溶液を電解液として用いる有機電解液蓄電池であれば良いし、また、水溶液系蓄電池は、鉛蓄電池に限らず、過充電耐性のある水溶液（不燃性）電解液電池であれば何でも良い。即ち、例えば、鉛蓄電池に変えて、Ｎｉ−Ｃｄ、Ｎｉ−ＭＨ等をリチウムイオン蓄電池と接続し仮想電池を構成することができる。鉛蓄電池が単セルを６セル直列した鉛蓄電池を、リチウム燐酸鉄系リチウムイオン蓄電池を４セル直列したリチウムイオン蓄電池と並列接続し、１２Ｖ系の仮想電池を構成するのに対して、Ｎｉ−Ｃｄ若しくはＮｉ−ＭＨ電池を３セル直列したものを遷移金属のリチウム酸化物を正極に用いたリチウムイオン蓄電池の単セルに並列接続し３．６Ｖ系の仮想セルを構成するのが好適である。
以上が本発明のハイブリッド蓄電池、及びそれを用いた走行車輌の基本的構成である。
【００８８】
（充放電電圧挙動）
次に、本発明のハイブリッド蓄電池の作用について説明する。
本発明のハイブリッド蓄電池１０を構成する４８Ｖ系・燐酸鉄リチウムイオン蓄電池（リチウムイオン蓄電池部２４）と４８Ｖ系・鉛蓄電池（鉛蓄電池部２６）とは、以下の図６に示すような充放電電圧挙動を示す。図６に示す例では、４８Ｖ系・燐酸鉄リチウムイオン蓄電池は、容量６０Ａｈ、６０Ｖ、Ｃ／２充電、Ｃ／３放電であり、３．３Ｖ系のＬｉＦｅＰＯ４／ｃａｒｂｏｎ単セルを４直列した１２Ｖ系・燐酸鉄リチウムイオン蓄電池２４Ａを４直列して構成している。また、４８Ｖ系・鉛蓄電池は、容量５５Ａｈ、６５．４Ｖ、Ｃ／２充電、Ｃ／３放電であり、２Ｖ系の単セルを６直列した１２Ｖ系・鉛蓄電池２６Ａを４直列して構成している。
【００８９】
図６は、本発明のハイブリッド蓄電池１０に用いられる４８Ｖ系・鉛蓄電池（ＳＬＢ：sealed lead-acid battery）と、４８Ｖ系・燐酸鉄リチウムイオン蓄電池（ＬＩＢ：lithium-ion battery）とのそれぞれの実施例の充放電電圧挙動を示すグラフである。
充電器の設定電圧を６０Ｖとすると、鉛蓄電池（ＳＬＢ）は、図６に示すグラフＬａの領域Ａのように、充電がなされ、端子間の電圧がどんどん上昇していく。
そして、鉛蓄電池は、満充電となり、図６のグラフＬａの領域Ｂで示す充電終止電圧（＝充電器の設定電圧＝６０Ｖ）に達する。なお、鉛蓄電池では、充電当初から、わずかながら水溶液の電気分解が行われ、わずかに水素が発生するが、図６に示すグラフＬａの領域Ｂの充電終止電圧に達しても更に充電を続けると、水溶液の電気分解が主となり、水素が発生（ガッシング）して充電エネルギが消費され、端子間の充電電圧の上昇が抑制されるので、この電圧を水素発生電圧とすることもできる。即ち、鉛蓄電池は、過充電耐性が高いといえるが、水素が激しく発生する充電を続ければ、鉛蓄電池が過充電となり劣化して使用できなるのは、いうまでもない。
【００９０】
ここで、鉛蓄電池が、図６に示すように、グラフＬａの領域Ｂの充電終止電圧に達した後、充電を停止すると、液温等の低下等により、端子間電圧は充電終止電圧（６０Ｖ）から直ぐに低下して、図示例では５４Ｖ程度に落ち着く。
この後、鉛蓄電池（ＳＬＢ）は、図６のグラフＬａの領域Ｃに示すように、放電がなされて、徐々にその端子間電圧が低下していき、領域Ｃの端部（図中右端部）で放電終止電圧、例えば４０Ｖに達する。なお、上述したように、この領域Ｃにおける鉛蓄電池の放電電圧の平均値を平均放電電圧（例えば、４８Ｖ）としている。
また、鉛蓄電池では、この放電終止電圧を超えて更に放電を続けると、急激に端子間電圧が低下し、過放電に至り、正負電極が劣化し、鉛蓄電池自体を劣化して使用できなる。即ち、鉛蓄電池は、過放電耐性が低いといえる。
【００９１】
一方、燐酸鉄リチウムイオン蓄電池（ＬＩＢ）は、図６のグラフＬｂの領域Ｄに示すように充電が行われ、充電当初では端子間電圧を徐々に上昇させ、充電終期では満充電近くなると、急激な充電電圧の上昇がみられ、満充電となる。なお、図示例では、充電器の設定電圧を６０Ｖとしているので、図６のグラフＬｂの領域Ｄと領域Ｅとの境界のピーク電圧は、一時的に６０Ｖとなっており、このリチウムイオン蓄電池（ＬＩＢ）は、過充電の電圧に達するが、充電を停止すれば、少し電圧が下がり、充電終止電圧（例えば、５８Ｖ）となって落ち着く。
そして、リチウムイオン蓄電池は、図６のグラフＬｂの領域Ｅに示すように、放電が行われ、充電終止電圧からの放電の極初期においては急激に端子間電圧が所定電圧、図示例では５２Ｖ〜５３Ｖまで低下し、その後、約一定の端子間電圧で放電が続けられる。リチウムイオン蓄電池は、更に放電が続けられると、ついに端子間電圧が低下し始め、領域Ｅの端部（図中右端部）で放電終止電圧、例えば４４Ｖに達する。なお、上述したように、この領域Ｅにおける鉛蓄電池の放電電圧の平均値を平均放電電圧（例えば、５２Ｖ）としている。
また、リチウムイオン蓄電池では、この放電終止電圧を超えて更に放電を続けると、急激に端子間電圧が低下し、過放電に至る。リチウムイオン蓄電池は、過放電の状態に落ちても、満充電の状態まで充電が可能であるので、過放電耐性が高いといえる。
【００９２】
以上より、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とを並列接続した本発明のハイブリッド蓄電池は、充電の序盤（図６に示すグラフＬａの領域Ａ及びグラフＬｂの領域Ｄ参照）において、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池との電圧が略等しくなると、主に、リチウムイオン蓄電池に対する充電が行われる（図６に示すグラフＬｂの領域Ｄ）。なお、リチウムイオン蓄電池が満充電となり電圧が上昇したとしても、鉛蓄電池によって電圧上昇が押さえられるので、リチウムイオン蓄電池が過充電による異常を引き起こすことない（図６に示すグラフＬａの領域Ｂ及びグラフＬｂの領域Ｄ参照）。
そして、放電の序盤（図６に示すグラフＬｂの領域Ｅ）は、主としてリチウムイオン蓄電池からの放電が行われ、放電の中盤より、リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池との両方から放電が行われる（図６に示すグラフＬｂの領域Ｅ及びグラフＬａの領域Ｃ）。
【００９３】
ここで、図６に示す本発明のハイブリッド蓄電池１０の充放電電圧挙動のグラフに基づく、鉛蓄電池及びリチウムイオン蓄電池の充放電特性を示す電圧値を表１に示す。
表１：鉛蓄電池と燐酸鉄リチウムイオン蓄電池を用いて４８Ｖ系ハイブリッド蓄電池を形成した場合の充放電電圧
【表１】
2013054795.tif 000003
【００９４】
まず、本発明のハイブリッド蓄電池１０の充電電圧が上昇した場合、リチウムイオン蓄電池部２４の過充電危険電圧（１）よりも、鉛蓄電池部２６の充電終止電圧（２）が低いため、リチウムイオン蓄電池部２４が過充電危険電圧（１）に達する前に、鉛蓄電池部２６で水素ガスが発生し、電気エネルギが消費されるため、ハイブリッド蓄電池１０、従ってリチウムイオン蓄電池部２４に掛かる充電電圧の上昇が抑えられる。
また、本発明のハイブリッド蓄電池を充電する場合、リチウムイオン蓄電池部２４の充電終止電圧（３）が、鉛蓄電池部２６の充電終止電圧（２）よりも低いため、充放電の電気量の比を示すクーロン効率が１００％のリチウムイオン蓄電池部２４において、先に充電がなされ、鉛蓄電池部２６での電解水分解による回収ロスなく、電力の回収効率を高めることができる。
【００９５】
また、一般的に、鉛蓄電池は、上述したように過放電耐性が低く、リチウムイオン蓄電池と異なり完全放電、更には過放電するとサイクル寿命が著しく劣化するため、リチウムイオン蓄電池部２４が放電終止電圧に達した際にも、鉛蓄電池部２６が放電終止電圧にならないことが好ましく、また、鉛蓄電池の保護からは重要となる。
本発明のハイブリッド蓄電池１０では、鉛蓄電池部２６の放電終止電圧（７）よりもリチウムイオン蓄電池部２４の放電終止電圧（６）の方が高いため、放電の序盤はリチウムイオン蓄電池部２４が主として放電し、放電の中盤から終盤にかけては鉛蓄電池部２６とリチウムイオン蓄電池部２４の両方が放電する。ただし、放電中に大きなパルス放電（電気自動車では急加速した場合等、電力貯蔵設備では一瞬電流使用量が増えた場合等）を行った場合には、主として鉛蓄電池部２６から放電電流が流れる。このような場合において、例えば、鉛蓄電池部２６の各鉛蓄電池２６Ａの端子間電圧が低下して、リチウムイオン蓄電池部２４の各リチウムイオン蓄電池２４Ａの端子間電圧より低くなると、鉛蓄電池部２６の各鉛蓄電池２６Ａは、リチウムイオン蓄電池部２４の各リチウムイオン蓄電池２４Ａによって充電される。このように原則として、鉛蓄電池部２６の各鉛蓄電池２６Ａの放電深度が浅めに保たれ、各鉛蓄電池２６Ａのサイクル寿命が長くなる。
【００９６】
（比較実験１）
図７（Ａ）〜（Ｄ）に示す構成の蓄電池を走行車輌に搭載して、本発明のハイブリッド蓄電池と従来例の蓄電池との比較実験１を行った。図７に示す（Ａ）〜（Ｄ）を構成するリチウムイオン蓄電池２４Ａ及び鉛蓄電池２６Ａの性能を表２に示す。
表２：リチウムイオン蓄電池及び鉛蓄電池の性能
【表２】
2013054795.tif 000004
【００９７】
図７（Ａ）に示す構成例Ａは、上述の鉛蓄電池２６Ａ（１２Ｖ系、５５Ａｈ、外寸が約２５４×１７４×１６９ｍｍで重量が約２０ｋｇのもの）と、リチウムイオン蓄電池２４Ａ（１２Ｖ系、７２Ａｈ、３Ａｈの２６６５０円筒型ＬｉＦｅＰＯ４／Graphite電池を４Ｓ−２４Ｐに繋いで、鉛蓄電池と同寸の約２５４×１７４×１６９ｍｍの箱に格納したもの。重量は、約１２ｋｇ）とからなる仮想電池３２を４列直列接続した、本発明の４８Ｖ系のハイブリッド蓄電池１０であり、図７（Ｂ）に示す構成例Ｂは、上述の鉛蓄電池２６Ａとリチウムイオン蓄電池２４Ａとをそれぞれ４列直列に繋いで４８Ｖ系の電池を構成し、それらを並列に繋いだ従来例のハイブリッド蓄電池であり、図７（Ｃ）に示す構成例Ｃは、上述の鉛蓄電池２６Ａのみを用いて４列直列接続した４８Ｖ系の蓄電池であり、図７（Ｄ）に示す構成例Ｄは、上述のリチウムイオン蓄電池２４Ａのみを用いて４列直列接続した４８Ｖ系の蓄電池である。
なお、図７（Ａ）〜（Ｄ）では、各蓄電池の充電容量のバランスを所定の範囲に保つバランス回路を図示していないが、これらの電池は、各直列セル及び直列蓄電池、直列仮想電池間の充電容量のバランスを調整するバランス回路を有するのはもちろんである。
【００９８】
これら、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示す構成例Ａ〜Ｄの蓄電池を搭載した電気自動車（小型三輪自動車）を実際に走行させたところ、表３に示す結果が得られた。
【００９９】
表３：本発明のハイブリッド蓄電池と従来の蓄電池との性能比較
【表３】
2013054795.tif 000005
【０１００】
表３に示すように、これらの構成例Ａ〜Ｄの蓄電池において、本発明の構成例Ａのハイブリッド蓄電池は、従来例の構成例Ａ〜Ｄの蓄電池に比べて、走行車輌の走行距離、加速性、回生電力の回収効率、寿命、及びコストの全ての面においてバランス良く優れた結果を出しており、総合的に最も優れているといえる。
【０１０１】
上述の表３に示す構成例Ａの本発明の効果は、走行距離の観点では、エネルギ密度の高いリチウムイオン蓄電池２４Ａの特性が活かされ、加速性の観点では、内部抵抗の少ない鉛蓄電池２６Ａの特性が活かされ、回生電力の回収効率の観点では、リチウムイオン蓄電池２４Ａの特性が活かされ、寿命の観点では、リチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとを並列接続して仮想電池３２を構成したことで、鉛蓄電池２６Ａのサイクル寿命を伸びた点が、コストの観点では、鉛蓄電池２６Ａを用いたことで保護回路が不要になった点が、それぞれ寄与したと考えられる。
【０１０２】
（比較実験２）
さらに、本発明のコスト優位性を示すために、蓄電池及びエンジンからなる１０トン級のプラグイン式レンジエクステンダー型ハイブリッドトラックに本発明のハイブリッド蓄電池１０を用いた場合と、リチウムイオン蓄電池のみを用いた場合との比較実験２を行った。
この用途に必要にされる電池性能は、出力電力が２３０ｋＷ以上で、エネルギが１０ｋＷｈ以上（多ければ多いほどよい）、そして５００ｋｇ以下の電源であることというものである。
【０１０３】
ハイブリッド蓄電池は、ＧＳＹＵＡＳＡ製の密閉型鉛蓄電池（モデル名：ＲＥ１２−１２、１２Ｖ、１２Ａｈ、サイズ１５１×９８×９８ｍｍ、２．７ｋｇ）を鉛蓄電池に用い、Ａ１２３社製の２２６５０型リチウムイオンセル（モデル名ＡＮＲ２６６５０Ｍ１−Ｂ、３．３Ｖ、２．４Ａｈ、７６ｇ）を４直列、かつ４並列に接続してＲＥ１２−１２の外形寸法と同等な箱に入れてなる１２Ｖ、９．６Ａｈのリチウムイオン蓄電池パックを形成し、これをリチウムイオン蓄電池パックとして用いた。
そして、鉛蓄電池３個に対して、上記のリチウムイオン蓄電池を１個並列に接続して仮想電池を形成した。この仮想電池を４８個直列に接続して、本発明のハイブリッド蓄電池ＨＹＢ−１を形成した。次に、鉛蓄電池１個に対して、上記のリチウムイオン蓄電池を２個並列に接続して仮想電池を形成した。この仮想電池を４８個直列に接続して本発明のハイブリッド蓄電池ＨＹＢ−２を形成した。また、鉛蓄電池を用いずに、上記のリチウムイオンセルを１９２直列、６並列に繋いで比較のためのリチウムイオン蓄電池ＬＩＢを形成した。
【０１０４】
これらの電池の性能とコストを比較したものを表４に示す。
表４：ハイブリッド蓄電池のコスト優位性
【表４】
2013054795.tif 000006
【０１０５】
この表から明らかなように、本発明のハイブリッド蓄電池は、鉛蓄電池の使用比率を上げるほど、安価になる。また、鉛蓄電池の使用比率を上げると、低温時のパワー性能が向上するという利点もある。しかし、一方では蓄電池が重くなるという欠点もある。本例では、いずれの蓄電池も要求性能を満たしているが、コストの低下と重量の増加が良いバランスを示すＨＹＢ−２が最も実用性が高い蓄電池といえる。
ＨＹＢ−１は、最も安価であるが、重量が４８５Ｋｇとかなり重くなっている。また、リチウムイオン蓄電池のエネルギが全体エネルギの１００−５９＝４１％（＝１６ｋＷｈ×０．４９＝６．６ｋＷｈ）しかなく、要求性能の１０ｋＷｈを満たすには鉛蓄電池を毎回深放電する必要があり、このためサイクル寿命が短くなる恐れがある。
【０１０６】
これに対してＨＹＢ−２は、リチウムイオン蓄電池のエネルギが、１００−２０＝８０％（＝１８×０．８＝１４．４ｋＷｈ）と必要量である１０ｋＷｈを十分超えるエネルギを有しており、通常の放電では主としてリチウムイオン蓄電池が放電し、鉛蓄電池の放電深度を浅く保つことができる。したがって、サイクル寿命を長くできる。
従来例のＬＩＢは最も軽量であり、サイクル寿命も優れているが、鉛蓄電池と並列使用することによる安全機能を有さないので非常に高価な保護回路、保護スイッチを用いねばならず、コストが高いという欠点がある。また、低温性能に優れた鉛蓄電池を持たないので、冬期の使用において問題が出る可能性がある。 このようなことから、ＨＹＢ−２が最も優れた電池といえる。
このように本発明のハイブリッド蓄電池は、鉛蓄電池のエネルギが全電池のエネルギの２０％以上、６０％以下になるようにすると、経済性や低温性能において顕著な効果が得られるものである。
【０１０７】
（電力貯蔵設備、スマートグリッド走行車輌システム、及び電力供給ネットワークシステム）
次に、図８及び図９に基づいて、本発明のハイブリッド蓄電池１０のリチウムイオン蓄電池部（カセットモジュール）２４の貯蔵設備であり、本発明の走行車輌（電気自動車）１００の放電済みリチウムイオン蓄電池部２４のカセットモジュールの交換・充電設備、即ち、蓄電池交換・充電設備、及び／又は本発明のハイブリッド蓄電池１０を多数内蔵し、工場、事業所、ホテル、病院及び個々の住宅（家）等の施設に停電等の非常時に電力を供給する電力供給設備である電力貯蔵設備２００と、本発明の走行車輌（電気自動車）１００及び電力貯蔵設備２００を備えるスマートグリッド走行車輌システムと、このスマートグリッド走行車輌システムを含み、電力貯蔵設備２００から上述の施設に停電等の非常時に電力を供給する電力供給指示手段２０４を備える電力供給ネットワークシステム３００とについて説明する。
【０１０８】
図８に示すように、電力貯蔵設備２００は、充電設備３６と、複数のハイブリッド蓄電池（バッテリ）１０、つまり、複数のリチウムイオン蓄電池部２４及び鉛蓄電池部２６とを有する。
図８に示す電力貯蔵設備２００に貯蔵されるバッテリ１０としては、上述したいかなる形態のハイブリッド蓄電池でも良いが、交換可能なリチウムイオン蓄電池部（カセットモジュール）２４を備えるものであるのが好ましい。また、この電力貯蔵設備２００においては、内部に貯蔵される複数のバッテリ１０の一部又は全部を交換可能なリチウムイオン蓄電池部のカセットモジュール２４としても良い。なお、図示例では、電力貯蔵設備２００は、複数のバッテリ１０を備えているが、本発明はこれに限定されず、電力貯蔵設備２００を電気自動車１００に搭載されたバッテリ１０のリチウムイオン蓄電池部のカセットモジュール２４の交換のための蓄電池交換・充電設備として用いる場合、高価なリチウムイオン蓄電池からなるカセットモジュール２４をできるだけ急速充電し、回転よく利用できるように、その数を少なくし、また、バッテリ１０を構成する鉛蓄電池部２６と同種の鉛蓄電池が電力貯蔵設備２００を主として構成するように設計してもよい。この場合、電力貯蔵設備２００は、カセットモジュール２４を少なくとも１つ備えるもの、即ち、バッテリ１０として１つ備えるものであってもよい。
【０１０９】
充電設備３６は、電力貯蔵設備２００内のＡＣ１００Ｖや２００Ｖの電源等に接続され、所定の充電方法及び条件で本発明のハイブリッド蓄電池１０を充電するためのものであり、電気自動車１００に搭載されたバッテリ１０や、電力貯蔵設備２００に内蔵されるバッテリ１０を直接充電するものであっても良いし、電気自動車１００に搭載されたバッテリ１０から取り外されたリチウムイオン蓄電池部のカセットモジュール２４を充電するものであっても良い。この場合、充電設備３６は、電気自動車１００に搭載されたバッテリ１０を直接充電する場合に、電気自動車１００の車載充電器２０を介して充電するように構成しても良い。また、充電設備３６に、予め鉛蓄電池部２６を接続しておき、リチウムイオン蓄電池部のカセットモジュール２４を鉛蓄電池部２６に接続してバッテリ１０を構成して、カセットモジュール２４を充電するようにしても良い。
なお、充電設備３６は、電気自動車１００の車載充電器２０と同様な機能を有し、バッテリ１０を充電できるものであれば良いが、電気自動車１００の車載充電器２０に比べて、急速な充電が可能な急速充電機能を持つことが好ましい。
もちろん、電力貯蔵設備２００が、電気自動車１００のバッテリ１０を車載充電器２０を使って充電するための電源を供給する機能を備えていても良いし、車載充電器２０と同じ充電器を備えていても良い。
【０１１０】
本発明のハイブリッド蓄電池１０を電力貯蔵設備２００に用いることにより、保護回路や保護スイッチを不要にすることができ、コストを低減させることができる。また、深い放電をするとサイクル性能が著しく劣化する鉛蓄電池部２６の各鉛蓄電池２６Ａは、リチウムイオン蓄電池部２４のリチウムイオン蓄電池２４Ａより後で放電に用いられるので、比較的浅い放電で済む場合が多くなる。このため鉛蓄電池２６Ａを用いてもシステム全体のサイクル寿命は影響を受けることがない。
【０１１１】
このように、上述の電気自動車１００と同様、ハイブリッド蓄電池１０は、鉛蓄電池２６Ａを使ってもサイクル寿命の低下を招かず、また、リチウムイオン蓄電池２４Ａを用いても優れた低温性能が得られるなど、コスト、性能に優れた電力貯蔵設備２００を提供できる。
【０１１２】
なお、電力供給設備としても用いられる据え置き用の電力貯蔵設備２００では、重量はさほど重要ではないが、サイクル寿命はきわめて重要である。したがって、コストとサイクル寿命を考えると、サイクル寿命の優れたリチウムイオン蓄電池部２４を容量比で１０％以上、９０％以下で用いることが推奨される。このハイブリッド蓄電池１０を用いた電力貯蔵設備２００は、上述したように、一部のリチウムイオン蓄電池部２４を逐次取り出せるようにして、電気自動車１００など他の用途に用いることができる。電気自動車１００に用いる場合は、軽量性が重要なのでリチウムイオン蓄電池部２４をカセットモジュール化して逐次取り出せるようにすることが望ましいのは上述したとおりである。
【０１１３】
上述のとおり、電気自動車１００のハイブリッド蓄電池１０の放電済みリチウムイオン蓄電池部２４は、ハイブリッド蓄電池１０からユニット化された１つのカセットモジュールとして取り外され、蓄電池交換設備等の外部の電力貯蔵設備２００で交換・充電することができる。
【０１１４】
電気自動車１００のユーザは、放電して交換が必要なリチウムイオン蓄電池部２４のカセットモジュールと、電力貯蔵設備２００で満充電された他のリチウムイオン蓄電池部２４のカセットモジュールと交換することで、リチウムイオン蓄電池部２４の充電時間を省略することができる。また、これら複数のリチウムイオン蓄電池２４Ａを充電する際に、夜間の余剰電力を用いれば、充電コストを抑えることができる。そして、バッテリ１０自体の保守費用も押さえることができるため、ユーザはトータルの電池コストを抑えることができる。
【０１１５】
また、電気自動車１００において、同一のリチウムイオン蓄電池部２４を購入して使い続けるのではなく、電力貯蔵設備２００で交換することを前提に電力貯蔵設備２００の運営会社や自動車会社等がレンタルするという形態を採れば、ユーザは、高額なリチウムイオン蓄電池ユニット（カセットモジュール）を購入する必要がなくなり、本発明のハイブリッド蓄電池１０を用いた電気自動車１００の販売価格を大幅に下げることができる。そして、電気自動車の高額な販売価格を大幅に下げることができれば、電気自動車の普及が加速し、電力貯蔵設備の運営会社や自動車会社は、結果として電気自動車及び電力貯蔵設備の普及に基づく充分なスケールメリットを得ることができる。
【０１１６】
また、この電力貯蔵設備２００は、グリッド(Grid)に接続して、その地域の電力平準化及び電力貯蔵（非常用電源）のための電力供給設備として用いることができる。また、走行体である電気自動車１００とハイブリッド蓄電池１０を共有することにより、図９に示すスマートグリッド走行車輌システムや電力供給ネットワークシステム３００等のスマートグリッドシステムの一部として利用することができる。なお、グリッドとは、一般的に電力供給ネットワークのことである。
図９に示すように、本発明のスマートグリッド走行車輌システムは、電気自動車１００と、電力貯蔵設備（例えば、１００−３０００ｋＷｈ級の蓄電設備）２００とで構成することができ、電力供給ネットワークシステム３００は、電気自動車１００及び電力貯蔵設備２００で構成される上述のスマートグリッド走行車輌システムと、電力供給ネットワーク（グリッド）２０２と、電力供給指示手段２０４とを備え、本発明のスマートグリッド走行車輌システムとしても、電力供給ネットワークシステムとしても構成することができる。本発明の電力供給ネットワークシステム３００を、停電などの非常時の電源供給を目的として構成する場合には、電気自動車１００は含まれなくても良いし、電力貯蔵設備２００は、電力供給設備として機能を備えていれば、蓄電池交換・充電設備としての機能を備えていなくても良い。
【０１１７】
電力供給指示手段２０４は、電力供給ネットワーク２０２の電力供給先設備である、病院、事業所、工場、ビル、家（住宅）等の施設に設置され、停電時に、電力供給ネットワーク２０２を通じて、非常用電源として用いられる電力貯蔵設備２００への電力供給指示を行う。
電力貯蔵設備２００は、電力供給指示手段２０４から電力供給指示を受けた家やビル、工場等に電力供給ネットワーク２０２を通じて電力供給を行う。なお、電力供給指示手段２０４は、電力供給ネットワーク２０２を通じた電力供給の制御及び管理（電力を供給するか（オン）又は供給しないか（オフ））を行い、また、電力供給ネットワーク２０２を通じて供給された電力の供給量の制御及び管理を行うこともできる。
【０１１８】
本発明の電力供給ネットワークシステム３００は、家の敷地内、ビルの地下や工場の一部などに設置され、個別に管理・メンテナンスを受けていた従来の非常用電源と異なり、集中管理が可能となるため、敷地等の電池設備や、保守点検のコストを抑えることができる。
以上が、本発明のハイブリッド蓄電池１０を用いた電力貯蔵設備２００、及び本発明の電力貯蔵設備２００を用いたスマートグリッド走行車輌システム、及び電力供給ネットワークシステム３００である。
なお、スマートグリッド走行車輌システムをハイブリッド蓄電池１０を用いる電気自動車１００と電力貯蔵設備２００とで構成する場合、電力貯蔵設備２００は、蓄電池交換・充電設備としての機能を備えていれば、電力供給設備としての機能を備えていなくても良い。この場合、電力貯蔵設備２００として、蓄電池交換設備としての機能のみを備えるものであっても良いし、蓄電池充電設備としての機能のみを備えるものであっても良い。
【０１１９】
以上詳細に説明したように、本発明のハイブリッド蓄電池１０と、それを用いた電気自動車（走行車輌）１００、及びそれを用いた電力貯蔵設備２００、並びに電力供給ネットワークシステム（スマートグリッドシステム）３００は、基本的に以上のように構成される。
なお、上記実施形態では、本発明のハイブリッド蓄電池１０が電気自動車１００に用いられた場合について説明したが、ガソリンエンジン等を備えたハイブリッド自動車にも、同様に用いられてもよいのはもちろん、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。
【符号の説明】
【０１２０】
１０  ハイブリッド蓄電池（バッテリ）
１２  駆動モータ
１４  減速ギア
１６  電流制御装置（インバータ）
１７  ブレーキ装置
１７ａ  電磁油圧アクチュエータ
１７ｂ  摩擦ブレーキ
１８  バッテリコントローラ
１９  バッテリマネジメントシステム
２０  充電器（車載充電器）
２２  電動パワーステアリング
２４  リチウムイオン蓄電池部（カセットモジュール）
２４Ａ  リチウムイオン蓄電池
２４Ｂ  リチウムイオンセル
２６  鉛蓄電池部
２６Ａ  鉛蓄電池
３０  仮想電池バランス回路
３２  仮想電池
３４  セルバランス回路
３６  充電設備
１００  電気自動車（走行車輌）
２００  電力貯蔵設備（蓄電池交換設備）
２０２  電力供給ネットワーク（グリッド）
２０４  電力供給指示手段
３００  電力供給ネットワークシステム
【図１】
2013054795.tif 000007
【図２】
2013054795.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013054795.tif 000013
【図８】
2013054795.tif 000014
【図９】
2013054795.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月27日(2013.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶液を電解液として用いる有機溶液系蓄電池と、水系電解液を用いる水溶液系蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、
互いに近接した平均放電電圧を有し、
前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成され、
前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記有機溶液系蓄電池が危険な状態に至り、前記水溶液系蓄電池は、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記水溶液系蓄電池が過充電に至るものであり、
前記仮想電池に対して、前記有機溶液系蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記水溶液系蓄電池が水系電解液分解反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記有機溶液系蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項２】
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の平均放電電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧と前記水溶液系蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されている請求項１に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項３】
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の放電終止電圧が、前記水溶液系蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されている請求項１又は２に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項４】
リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、
互いに近接した平均放電電圧を有し、
前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成され、
前記リチウムイオン蓄電池は、前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記リチウムイオン蓄電池が危険な状態に至り、前記鉛蓄電池は、前記鉛蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記鉛蓄電池が過充電に至るものであり、
前記仮想電池に対して、前記リチウムイオン蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記鉛蓄電池が水系電解液分解反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記鉛蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記リチウムイオン蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項５】
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の平均放電電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧と前記鉛蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されている請求項４に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項６】
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の放電終止電圧が、前記鉛蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されている請求項４又は５に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項７】
前記リチウムイオン蓄電池は、正極活物質として燐酸鉄リチウムを用いた燐酸鉄リチウムイオン蓄電池である請求項４〜６のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項８】
さらに、前記直列接続された前記複数の仮想電池間の充電バランスを調整するための、各仮想電池に併設された仮想電池バランス回路を備える請求項４〜７のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項９】
前記リチウムイオン蓄電池は、直列に接続された複数のリチウムイオンセルからなり、又は並列に接続された複数のリチウムイオンセルよりなる第１セル群が直列に複数接続されてなり、
直列に接続された前記複数のリチウムイオンセル間、又は直列に接続された前記複数の第１セル群間の充電バランスを揃えるための第１セルバランス回路を備える請求項４〜８のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１０】
前記鉛蓄電池は、直列に接続された複数の鉛蓄電池単セルからなり、又は並列に接続された複数の鉛蓄電池単セルよりなる第２セル群が直列に複数接続されてなり、
前記複数の鉛蓄電池単セル間、又は直列に接続された前記複数の第２セル群間の充電バランスの充電バランスを揃えるための第２セルバランス回路を備える請求項４〜９のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１１】
前記仮想電池の作動電圧は、９．０Ｖ〜１７．０Ｖの範囲にある請求項４〜１０のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１２】
前記仮想電池の作動電圧は、１８．０Ｖ〜３４．０Ｖの範囲にある請求項４〜１１のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１３】
前記ハイブリッド蓄電池の作動電圧は、６０Ｖ以下である請求項４〜１２のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１４】
前記ハイブリッド蓄電池からのエネルギの供給は、満充電の状態からの放電の序盤には主に前記リチウムイオン蓄電池から行われ、また、前記満充電の状態からの放電の終盤には前記鉛蓄電池から行われる請求項４〜１３のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１５】
前記リチウムイオン蓄電池、又は直列接続された前記複数のリチウムイオン蓄電池は、カセットモジュールとして着脱交換可能にモジュール化されてなる請求項４〜１４のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１６】
駆動エネルギ源として、請求項１〜１５のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池を備えることを特徴とする走行車輌。
【請求項１７】
前記走行車輌の走行時における余剰エネルギを回生電力として回収し、前記ハイブリッド蓄電池に充電する請求項１６に記載の走行車輌。
【請求項１８】
請求項１６又は請求項１７に記載の走行車輌と、
複数個貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュール、及び放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電する充電器を備える電力貯蔵設備とを有することを特徴とするスマートグリッド走行車輌システム。
【請求項１９】
更に、前記電力貯蔵設備は、前記走行車輌に搭載された、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを、貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと交換するための交換手段を備える請求項１８に記載のスマートグリッド走行車輌システム。
【請求項２０】
内部に貯蔵される複数個の、請求項１〜１５のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池と、
内部に貯蔵される充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、
放電した前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電するための充電器と、を備え、
前記充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールとを交換可能であり、
複数の電力供給先設備を接続する電力供給ネットワークに接続され、電力平準化及び電力貯蔵に用いられることを特徴とする電力貯蔵設備。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電力貯蔵設備と、
該電力貯蔵設備と複数の電力供給先設備とを接続し、前記電力貯蔵設備から前記複数の電力供給先設備への電力供給を可能とする電力供給ネットワークと、
前記複数の電力供給先の設備に個別に設置され、停電時、電力貯蔵設備への電力供給指示及び前記電力供給ネットワークを通じて供給された供給電力量の管理を行う電力供給指示手段と、を備えることを特徴とする電力供給ネットワークシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様のハイブリッド電池は、有機溶液を電解液として用いる有機溶液系蓄電池と、水系電解液を用いる水溶液系蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、互いに近接した平均放電電圧を有し、前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成され、前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記有機溶液系蓄電池が危険な状態に至り、前記水溶液系蓄電池は、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記水溶液系蓄電池が過充電に至るものであり、前記仮想電池に対して、前記有機溶液系蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記水溶液系蓄電池が水系電解液分解反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記有機溶液系蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の態様のハイブリッド電池は、リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、互いに近接した平均放電電圧を有し、前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成され、前記リチウムイオン蓄電池は、前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記リチウムイオン蓄電池が危険な状態に至り、前記鉛蓄電池は、前記鉛蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記鉛蓄電池が過充電に至るものであり、前記仮想電池に対して、前記リチウムイオン蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記鉛蓄電池が水系電解液分解反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記鉛蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記リチウムイオン蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明の第１の態様によれば、過充電を受けても電解液が分解し、電池電圧が上昇しない過充電耐性を持つ鉛蓄電池等の前記水溶液系蓄電池と並列接続されて仮想電池を構成するリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧を、水系電解液の分解によって充電電圧の上昇が抑えられる鉛蓄電池等の前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成したので、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の万が一の過充電や過放電による蓄電池としての性能の劣化や寿命の短縮、特に、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険性等の異常を未然に防止するための保護回路や保護スイッチ、特に大電流、大電圧に対応した高価な保護スイッチや保護回路を設けなくても、過充電耐性の低いリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池を過充電による蓄電池の異常から保護することができ、その結果、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池の構成を簡単にでき、蓄電池全体の構成も簡単にでき、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池のみならず、蓄電池全体の大幅なコストダウンを図ることができると共に、パワー性能を向上させることができる。特に、低温での使用に際しては、リチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池単体よりもパワー性能の向上を図ることができ、また、エネルギ密度、回生電力の回収効率、及び寿命の点でリチウムイオン蓄電池等の前記有機溶液系蓄電池と同等の性能を得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
次に、本発明においては、仮想電池３２を構成する並列接続されたリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとは、リチウムイオン蓄電池２４Ａの過充電危険電圧が鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧よりも高くなるように構成されている必要がある。
ここで、本発明において、リチウムイオン蓄電池２４Ａの過充電危険電圧とは、この電圧を超えて充電すると、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険性等の異常が発生する恐れがある充電電圧であり、リチウムイオン蓄電池２４Ａの充電終止電圧とは、この電圧を超えて充電すると、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電となる恐れがある充電電圧（後述の図６のグラフＬｂの領域Ｅにおいて領域Ｄと領域Ｅとの境界にあるピーク電圧から少し低下した電圧参照）であり、完全充電電圧や満充電電圧ということもできる。
また、本発明において、鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧とは、この電圧を超えて充電すると、鉛蓄電池２６Ａが過充電となる恐れがある充電電圧（後述の図６のグラフＬａの平坦な領域Ｂの電圧参照）であり、完全充電電圧や満充電電圧ということもでき、鉛蓄電池２６Ａを充電する際の充電器の設定電圧とされる電圧である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
本発明において、リチウムイオン蓄電池２４Ａの過充電危険電圧が鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧よりも高くなるように構成するのは、本発明のバッテリ１０が充電、例えば、回生電力等で充電されている場合、リチウムイオン蓄電池２４Ａが充電されることになるが、充電異常等が発生し、充電電圧が高くなって、鉛蓄電池２６Ａの充電終止電圧に達しても、鉛蓄電池２６Ａの電極から水溶液の電気分解によるガスが発生し、全てが電気分解されない限り、充電電圧をそれ以上高くなることは無いからである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
即ち、リチウムイオン蓄電池２４Ａ自体を使用できないほどの著しい性能劣化をもたらし、安全上問題となるリチウムイオン蓄電池２４Ａの万が一の過充電による蓄電池としての性能の劣化や寿命の短縮、特に、過充電による破損、例えば破裂や発火等の危険性等の異常も、鉛蓄電池２６Ａにおける水系電解液の分解によって未然に防止される。即ち、従来、安全上の問題から、リチウムイオン蓄電池２４Ａに必須であった、高価な保護回路や保護スイッチを設けなくても、リチウムイオン蓄電池２４Ａの万が一の過充電による異常を防止することができる。もちろん、鉛蓄電池２６Ａにおける激しい水系電解液の分解は、鉛蓄電池２６Ａの性能を低下させるし、場合によっては危険でもあるので、バッテリマネジメントシステム１９による充電状態の管理で、充電を停止させるように構成されていることはいうまでもない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
しかし、本発明の仮想電池３２は、リチウムイオン蓄電池２４Ａが鉛蓄電池２６Ａと並列接続されており、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電危険電圧に達する前に、鉛蓄電池２６Ａが充電終止電圧に達してガスを発生させて、電気エネルギを消費するため、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電による異常な状態に陥る危険が少ない。つまり、鉛蓄電池が保護回路又は保護スイッチの役割を果たすため、保護回路又は保護スイッチのコストを削減することができ、バッテリに掛かるコストの大幅な削減が可能となる。なお、充電電圧が過度に高すぎる、あるいはその結果として、鉛蓄電池が激しく水系電解液を分解して高温になったなどという電圧、温度情報はバッテリマネジメントシステム１９により測定され、記録や後日の是正（不良電池の交換などのメンテナンス）のためにデータ転送されるものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
また、上述のとおり、充電器２０は、燐酸鉄リチウムイオン蓄電池の場合、満充電付近では、定電圧充電を行う。通常、リチウムイオン蓄電池２４Ａが過充電とならないように、また、鉛蓄電池２６Ａからガスが発生しないように、１４．０−１４．４Ｖで定電圧充電するように設定されているのが好ましい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
図６は、本発明のハイブリッド蓄電池１０に用いられる４８Ｖ系・鉛蓄電池（ＳＬＢ：sealed lead-acid battery）と、４８Ｖ系・燐酸鉄リチウムイオン蓄電池（ＬＩＢ：lithium-ion battery）とのそれぞれの実施例の充放電電圧挙動を示すグラフである。
充電器の設定電圧を６０Ｖとすると、鉛蓄電池（ＳＬＢ）は、図６に示すグラフＬａの領域Ａのように、充電がなされ、端子間の電圧がどんどん上昇していく。
そして、鉛蓄電池は、満充電となり、図６のグラフＬａの領域Ｂで示す充電終止電圧（＝充電器の設定電圧＝６０Ｖ）に達する。なお、鉛蓄電池では、充電当初から、わずかながら水溶液の電気分解が行われ、わずかにガスが発生するが、図６に示すグラフＬａの領域Ｂの充電終止電圧に達しても更に充電を続けると、水溶液の電気分解が主となり、ガスが発生（ガッシング）して充電エネルギが消費され、端子間の充電電圧の上昇が抑制されるので、この電圧を水系電解液分解電圧とすることもできる。即ち、鉛蓄電池は、過充電耐性が高いといえるが、ガスが激しく発生する充電を続ければ、鉛蓄電池が過充電となり劣化して使用できなるのは、いうまでもない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
まず、本発明のハイブリッド蓄電池１０の充電電圧が上昇した場合、リチウムイオン蓄電池部２４の過充電危険電圧（１）よりも、鉛蓄電池部２６の充電終止電圧（２）が低いため、リチウムイオン蓄電池部２４が過充電危険電圧（１）に達する前に、鉛蓄電池部２６でガスが発生し、電気エネルギが消費されるため、ハイブリッド蓄電池１０、従ってリチウムイオン蓄電池部２４に掛かる充電電圧の上昇が抑えられる。
また、本発明のハイブリッド蓄電池を充電する場合、リチウムイオン蓄電池部２４の充電終止電圧（３）が、鉛蓄電池部２６の充電終止電圧（２）よりも低いため、充放電の電気量の比を示すクーロン効率が１００％のリチウムイオン蓄電池部２４において、先に充電がなされ、鉛蓄電池部２６での電解水分解による回収ロスなく、電力の回収効率を高めることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月18日(2013.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶液を電解液として用いる有機溶液系蓄電池と、水系電解液を用いる水溶液系蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、
互いに近接した平均放電電圧を有し、
前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成され、
前記有機溶液系蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記有機溶液系蓄電池が危険な状態に至り、前記水溶液系蓄電池は、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記水溶液系蓄電池が過充電に至るものであり、
前記仮想電池に対して、前記有機溶液系蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記水溶液系蓄電池が水系電解液分解反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記有機溶液系蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項２】
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の平均放電電圧が、前記水溶液系蓄電池の充電終止電圧と前記水溶液系蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されている請求項１に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項３】
前記有機溶液系蓄電池と前記水溶液系蓄電池とは、前記有機溶液系蓄電池の放電終止電圧が、前記水溶液系蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されている請求項１又は２に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項４】
リチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池とを並列接続してなる仮想電池を複数個直列接続してなるハイブリッド蓄電池であって、
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、
互いに近接した平均放電電圧を有し、
前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧よりも高くなるように構成され、
前記リチウムイオン蓄電池は、前記リチウムイオン蓄電池の過充電危険電圧を超えて充電されると前記リチウムイオン蓄電池が危険な状態に至り、前記鉛蓄電池は、前記鉛蓄電池の充電終止電圧を超えて充電されると前記鉛蓄電池が過充電に至るものであり、
前記仮想電池に対して、前記リチウムイオン蓄電池が過充電に至る過充電エネルギが与えられた場合に、前記鉛蓄電池が水系電解液分解反応を行うことにより前記過充電エネルギを吸収し、前記仮想電池の充電電圧を前記鉛蓄電池の充電終止電圧に抑え、前記リチウムイオン蓄電池がその過充電危険電圧に至るのを防止するようにしたことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項５】
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の平均放電電圧が、前記鉛蓄電池の充電終止電圧と前記鉛蓄電池の平均放電電圧との間になるように構成されている請求項４に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項６】
前記リチウムイオン蓄電池と前記鉛蓄電池とは、前記リチウムイオン蓄電池の放電終止電圧が、前記鉛蓄電池の放電終止電圧より高くなるように構成されている請求項４又は５に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項７】
前記リチウムイオン蓄電池は、正極活物質として燐酸鉄リチウムを用いた燐酸鉄リチウムイオン蓄電池である請求項４〜６のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項８】
さらに、前記直列接続された前記複数の仮想電池間の充電バランスを調整するための、各仮想電池に併設された仮想電池バランス回路を備える請求項４〜７のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項９】
前記リチウムイオン蓄電池は、直列に接続された複数のリチウムイオンセルからなり、又は並列に接続された複数のリチウムイオンセルよりなる第１セル群が直列に複数接続されてなり、
直列に接続された前記複数のリチウムイオンセル間、又は直列に接続された前記複数の第１セル群間の充電バランスを揃えるための第１セルバランス回路を備える請求項４〜８のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１０】
前記鉛蓄電池は、直列に接続された複数の鉛蓄電池単セルからなり、又は並列に接続された複数の鉛蓄電池単セルよりなる第２セル群が直列に複数接続されてなり、
前記複数の鉛蓄電池単セル間、又は直列に接続された前記複数の第２セル群間の充電バランスの充電バランスを揃えるための第２セルバランス回路を備える請求項４〜９のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１１】
前記仮想電池の作動電圧は、９．０Ｖ〜１７．０Ｖの範囲にある請求項４〜１０のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１２】
前記仮想電池の作動電圧は、１８．０Ｖ〜３４．０Ｖの範囲にある請求項４〜１０のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１３】
前記ハイブリッド蓄電池の作動電圧は、６０Ｖ以下である請求項４〜１２のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１４】
前記ハイブリッド蓄電池からのエネルギの供給は、満充電の状態からの放電の序盤には主に前記リチウムイオン蓄電池から行われ、また、前記満充電の状態からの放電の終盤には前記鉛蓄電池から行われる請求項４〜１３のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１５】
前記リチウムイオン蓄電池、又は直列接続された前記複数のリチウムイオン蓄電池は、カセットモジュールとして着脱交換可能にモジュール化されてなる請求項４〜１４のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１６】
駆動エネルギ源として、請求項１〜１５のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池を備えることを特徴とする走行車輌。
【請求項１７】
前記走行車輌の走行時における余剰エネルギを回生電力として回収し、前記ハイブリッド蓄電池に充電する請求項１６に記載の走行車輌。
【請求項１８】
請求項１６又は請求項１７に記載の走行車輌と、
複数個貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュール、及び放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電する充電器を備える電力貯蔵設備とを有することを特徴とするスマートグリッド走行車輌システム。
【請求項１９】
更に、前記電力貯蔵設備は、前記走行車輌に搭載された、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールとを交換することができる請求項１８に記載のスマートグリッド走行車輌システム。
【請求項２０】
内部に貯蔵される複数個の、請求項１〜１５のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池と、
内部に貯蔵される充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、
放電した前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電するための充電器と、を備え、
前記充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールとを交換可能であり、
複数の電力供給先設備を接続する電力供給ネットワークに接続され、電力平準化及び電力貯蔵に用いられることを特徴とする電力貯蔵設備。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電力貯蔵設備と、
該電力貯蔵設備と複数の電力供給先設備とを接続し、前記電力貯蔵設備から前記複数の電力供給先設備への電力供給を可能とする電力供給ネットワークと、
前記複数の電力供給先の設備に個別に設置され、停電時、電力貯蔵設備への電力供給指示及び前記電力供給ネットワークを通じて供給された供給電力量の管理を行う電力供給指示手段と、を備えることを特徴とする電力供給ネットワークシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
このような保護回路や保護スイッチは、従来、鉛蓄電池には不要であったが、上述したように、過充電、過放電による危険性のため、リチウムイオン蓄電池には必須である。携帯電話やラップトップコンピュータや電動工具等の携帯機器とは異なり、電気自動車や電力貯蔵システムにリチウムイオン蓄電池を用いた場合には、その仕様（定格）電圧や仕様（定格）電流が携帯機器の１０倍以上に大きくなり、それに伴って保護回路、保護スイッチの仕様も大電流、大電圧対応となる必要があり、そのために熱や抵抗、アークなどの対策が必要になり非常に高価になっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、上記第３の目的を達成するために、本発明の第３の態様のスマートグリッド走行車輌システムは、上記第２の態様の走行車輌と、複数個貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュール、及び放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールを充電する充電器を備える電力貯蔵設備とを有することを特徴とする。
更に、前記電力貯蔵設備は、前記走行車輌に搭載された、放電して交換が必要な前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールと、貯蔵された充電済み前記有機溶液系蓄電池、又は前記リチウムイオン蓄電池のカセットモジュールとを交換することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
本発明のバッテリ１０は、所定の定格電圧を持つ負荷、例えば、電気自動車１００の走行システムの駆動モータ１２等に接続されるために、各仮想電池３２は、所定の定格電圧を仮想電池３２の個数（図示例では４）で分割された分割電圧を担う必要があるので、仮想電池３２を構成するリチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとは、並列接続されているので、共に分割電圧を担う必要がある。したがって、リチウムイオン蓄電池２４Ａと鉛蓄電池２６Ａとが互いに近接した平均放電電圧（平均作動電圧）を持つとは、本発明のバッテリ１０が所定の負荷に接続されたときに、両方が共に所定の分割電圧を担うことができる場合がある、即ち、両方が放電して負荷を駆動することができる場合があることをいう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
図６は、本発明のハイブリッド蓄電池１０に用いられる４８Ｖ系・鉛蓄電池（ＳＬＢ：sealed lead-acid battery）と、４８Ｖ系・燐酸鉄リチウムイオン蓄電池（ＬＩＢ：lithium-ion battery）とのそれぞれの実施例の充放電電圧挙動を示すグラフである。
充電器の設定電圧を６０Ｖとすると、鉛蓄電池（ＳＬＢ）は、図６に示すグラフＬａの領域Ａのように、充電がなされ、端子間の電圧がどんどん上昇していく。
そして、鉛蓄電池は、満充電となり、図６のグラフＬａの領域Ｂで示す充電終止電圧（＝充電器の設定電圧＝６０Ｖ）に達する。なお、鉛蓄電池では、充電当初から、わずかながら水溶液の電気分解が行われ、わずかにガスが発生するが、図６に示すグラフＬａの領域Ｂの充電終止電圧に達しても更に充電を続けると、水溶液の電気分解が主となり、ガスが発生（ガッシング）して充電エネルギが消費され、端子間の充電電圧の上昇が抑制されるので、この電圧を水系電解液分解電圧とすることもできる。即ち、鉛蓄電池は、過充電耐性が高いといえるが、ガスが激しく発生する充電を続ければ、鉛蓄電池が過充電となり劣化して使用できなくなるのは、いうまでもない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
ここで、鉛蓄電池が、図６に示すように、グラフＬａの領域Ｂの充電終止電圧に達した後、充電を停止すると、液温等の低下等により、端子間電圧は充電終止電圧（６０Ｖ）から直ぐに低下して、図示例では５４Ｖ程度に落ち着く。
この後、鉛蓄電池（ＳＬＢ）は、図６のグラフＬａの領域Ｃに示すように、放電がなされて、徐々にその端子間電圧が低下していき、領域Ｃの端部（図中右端部）で放電終止電圧、例えば４０Ｖに達する。なお、上述したように、この領域Ｃにおける鉛蓄電池の放電電圧の平均値を平均放電電圧（例えば、４８Ｖ）としている。
また、鉛蓄電池では、この放電終止電圧を超えて更に放電を続けると、急激に端子間電圧が低下し、過放電に至り、正負電極が劣化し、鉛蓄電池自体を劣化して使用できなくなる。即ち、鉛蓄電池は、過放電耐性が低いといえる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
また、一般的に、鉛蓄電池は、上述したように過放電耐性が低く、リチウムイオン蓄電池と異なり完全放電、更には過放電するとサイクル寿命が著しく劣化するため、リチウムイオン蓄電池部２４が放電終止電圧に達した際にも、鉛蓄電池部２６が放電終止電圧にならないことが好ましい。また、リチウムイオン蓄電池部２４が放電終止電圧に達した際に、鉛蓄電池部２６が放電終止電圧にならないことは、鉛蓄電池の保護からも重要となる。
本発明のハイブリッド蓄電池１０では、鉛蓄電池部２６の放電終止電圧（７）よりもリチウムイオン蓄電池部２４の放電終止電圧（６）の方が高いため、放電の序盤はリチウムイオン蓄電池部２４が主として放電し、放電の中盤から終盤にかけては鉛蓄電池部２６とリチウムイオン蓄電池部２４の両方が放電する。ただし、放電中に大きなパルス放電（電気自動車では急加速した場合等、電力貯蔵設備では一瞬電流使用量が増えた場合等）を行った場合には、主として鉛蓄電池部２６から放電電流が流れる。このような場合において、例えば、鉛蓄電池部２６の各鉛蓄電池２６Ａの端子間電圧が低下して、リチウムイオン蓄電池部２４の各リチウムイオン蓄電池２４Ａの端子間電圧より低くなると、鉛蓄電池部２６の各鉛蓄電池２６Ａは、リチウムイオン蓄電池部２４の各リチウムイオン蓄電池２４Ａによって充電される。このように原則として、鉛蓄電池部２６の各鉛蓄電池２６Ａの放電深度が浅めに保たれ、各鉛蓄電池２６Ａのサイクル寿命が長くなる。
【国際調査報告】
2013054795.tif 000016
2013054795.tif 000017
2013054795.tif 000018
2013054795.tif 000019