(57)【要約】【課題】安価で小型で長寿命なハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体を提供する。【解決手段】単セルまたは複数セルからなる第１の水系蓄電池と、第１の水系蓄電池と種類の異なる単セルまたは複数セルからなる第２の水系蓄電池と、単セルまたは複数セルからなる有機溶媒系蓄電池とを並列接続し、有機溶媒系蓄電池の過充電電圧を、第１の水系蓄電池の水分解電圧および第２の水系蓄電池の水分解電圧よりも高くし、第２の水系蓄電池の平均放電電圧を、有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧よりも高くし、有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧を、第１の水系蓄電池の平均放電電圧よりも高くした仮想電池を単数個または複数個直列接続することでハイブリッド蓄電池を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想電池を単数個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、
前記仮想電池は、
単セルまたは複数セルからなる第１の水系蓄電池と、
前記第１の水系蓄電池と種類の異なる単セルまたは複数セルからなる第２の水系蓄電池と、
単セルまたは複数セルからなる有機溶媒系蓄電池とを並列接続することで構成され、
前記有機溶媒系蓄電池の過充電電圧は、前記第１の水系蓄電池の水分解電圧および前記第２の水系蓄電池の水分解電圧よりも高く、
前記第２の水系蓄電池の平均放電電圧は、前記有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧よりも高く、前記有機溶媒系蓄電池の前記平均放電電圧は、前記第１の水系蓄電池の平均放電電圧よりも高いことを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項２】
前記第１の水系蓄電池は鉛蓄電池であり、前記第２の水系蓄電池はニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池であり、前記有機溶媒系蓄電池はリチウムイオン蓄電池であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項３】
前記有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．８Ｖ〜３．５Ｖであり、
前記有機溶媒系蓄電池は、前記有機溶媒系蓄電池単セルを４セル直列接続したもの、または、前記有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、前記有機溶媒系並列セル群を４セル直列接続したものであり、
前記第１の水系蓄電池は、前記第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、
前記第２の水系蓄電池は、前記第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１０セル直列接続したものであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項４】
前記有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．２Ｖ〜３．５Ｖであり、
前記有機溶媒系蓄電池は、前記有機溶媒系蓄電池単セルを４セルもしくは５セル直列接続したもの、または、前記有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、前記有機溶媒系並列セル群を４セルもしくは５セル直列接続したものであり、
前記第１の水系蓄電池は、前記第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、
前記第２の水系蓄電池は、前記第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１１セル直列接続したものであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項５】
前記有機溶媒系蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、
前記有機溶媒系蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項６】
前記仮想電池の電圧が９．６Ｖ以下となった場合、前記仮想電池の電圧が１５．５Ｖ以上となった場合、前記仮想電池の温度が予め設定した危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、外部回路に充電電流または放電電流が流れることを防止するために前記外部回路との接続を遮断する電流遮断回路を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項７】
前記電流遮断回路は、前記外部回路との接続を遮断する遮断スイッチを更に備えることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項８】
前記電流遮断回路は、更に、外部からの指示に基づいて前記充電電流または前記放電電流を遮断することを特徴とする請求項６または７に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項９】
前記仮想電池は、８．０Ｖ〜１６．８Ｖの範囲で動作されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１０】
前記仮想電池の充電電圧は、１５．５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１１】
前記仮想電池の最低放電電圧は８．８Ｖであり、最大充電電圧は１４．５Ｖであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１２】
移動のための可搬機構を更に備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１３】
充電または放電を制御するパワーコンディショナを更に有し、
前記パワーコンディショナは、前記仮想電池の充電電圧が１３．７Ｖ以上１４．５Ｖ以下となるように、または、前記第２の水系蓄電池に２０％以上の未充電容量が残るように充電電圧を制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１４】
仮想電池を単数個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、
前記仮想電池は、平均放電電圧が２．８Ｖ〜３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セルとし、並列セル数を単数もしく複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、単数もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、
前記１２Ｖ級鉛蓄電池と、前記並列組電池とは、前記電流遮断回路を介して並列接続され、
前記電流遮断回路は、前記並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、前記並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項１５】
仮想電池を単数個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、
前記仮想電池は、平均放電電圧が２．２Ｖ〜３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セルまたは５セルとし、並列セル数を単数もしく複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、単数もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、
前記１２Ｖ級鉛蓄電池と、前記並列組電池とは、前記電流遮断回路を介して並列接続され、
前記電流遮断回路は、前記並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、前記並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために前記並列組電池と前記１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池。
【請求項１６】
前記リチウムイオン蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、
前記リチウムイオン蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１７】
前記１２Ｖ級鉛蓄電池は、走行体に搭載された鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１８】
前記並列組電池は、前記走行体のエンジンルーム以外の場所に設置されることを特徴とする請求項１７に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項１９】
前記電流遮断回路は、手動により電流遮断が可能であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池。
【請求項２０】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池と電流遮断装置とを備えることを特徴とするハイブリッド蓄電装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のハイブリッド蓄電装置と発電装置とを備えることを特徴とする発蓄電ユニット。
【請求項２２】
複数の請求項２０に記載のハイブリッド蓄電装置または請求項２１に記載の発蓄電ユニットと、
複数の前記ハイブリッド蓄電装置または前記発蓄電ユニットを相互に接続する電力ラインとを備えることを特徴とする電力網システム。
【請求項２３】
前記電流遮断装置は、外部からの指示に基づいて前記ハイブリッド蓄電池と前記電力ラインとの接続の遮断、または前記ハイブリッド蓄電池の充電もしくは放電を行うことを特徴とする請求項２２に記載の電力網システム。
【請求項２４】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載のハイブリッド蓄電池を搭載した走行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水系蓄電池と有機溶媒系蓄電池とからなるハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から消費電力のピークカットおよびピークシフトを進めるために、また、災害等の非常時における給電のため、蓄電池およびそれを利用した電力網システム等が検討されている。
【０００３】
また、特許文献１には、上述の蓄電池として水系蓄電池である鉛蓄電池と有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池とを組み合わせたハイブリッド蓄電池が開示されており、ハイブリッド蓄電池が満充電を超えて充電がされた際に、鉛蓄電池において水分解反応が起こることで充電による余剰エネルギが消費され、リチウムイオン蓄電池が過充電に至ることを防ぐ旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０５４７９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のハイブリッド蓄電池では、回生電力の入力に備えて、予め有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池に未充電の余裕容量を持たせる設計を行っており、高価なリチウムイオン蓄電池（リチウムイオン蓄電池単セル）の利用率が低くなり、電池コストが高かった。また、想定以上の回生電力が流入して、余裕容量を超過してしまうと、リチウムイオン蓄電池が発熱、破裂する場合があり、安全性においても問題があった。
本発明の第一の目的は、安価で安全なハイブリッド蓄電池を提供することである。
【０００６】
次に、再生可能エネルギの導入にともなう電力網の不安定化を防止するため、および、夜間電力の利用による電力網負荷の平準化などのために、大型の蓄電池を電力網に備えることが検討されている。しかし、このような大規模蓄電池を設置するためには、大規模なインフラ投資が必要であり、電力コストをあげてしまうという欠点があった。
本発明の第二の目的は、すでに電力網に接続する形で存在する多数の中、小型蓄電システムに中央制御室から一括、個別のコントロール（電力網との接続、充電、放電のコントロール）が可能な遠隔制御型電流遮断装置を設け、分散型であるが全体として大きな蓄電池として機能する蓄電装置群を備えた電力網を提供することにある。
【０００７】
そして、上述の分散型の蓄電池群が本発明のハイブリッド蓄電池であることが望ましい。
本発明の第三の目的は、自動車の燃費改善に効果のあるアイドルストップ用の小型ハイブリッド蓄電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、仮想電池を単数個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、仮想電池は、単セルまたは複数セルからなる第１の水系蓄電池と、第１の水系蓄電池と種類の異なる単セルまたは複数セルからなる第２の水系蓄電池と、単セルまたは複数セルからなる有機溶媒系蓄電池とを並列接続することで構成され、有機溶媒系蓄電池の過充電電圧は、第１の水系蓄電池の水分解電圧および第２の水系蓄電池の水分解電圧よりも高く、第２の水系蓄電池の平均放電電圧は、有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧よりも高く、有機溶媒系蓄電池の平均放電電圧は、第１の水系蓄電池の平均放電電圧よりも高いことを特徴とするハイブリッド蓄電池を提供する。
【０００９】
また、第１の水系蓄電池は鉛蓄電池であり、第２の水系蓄電池はニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池であり、有機溶媒系蓄電池はリチウムイオン蓄電池であることが好ましい。
【００１０】
また、有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．８Ｖ〜３．５Ｖであり、有機溶媒系蓄電池は、有機溶媒系蓄電池単セルを４セル直列接続したもの、または、有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、有機溶媒系並列セル群を４セル直列接続したものであり、第１の水系蓄電池は、第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、第２の水系蓄電池は、第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１０セル直列接続したものであることが好ましい。
【００１１】
また、有機溶媒系蓄電池を構成する有機溶媒系蓄電池単セルは、平均放電電圧が２．２Ｖ〜３．５Ｖであり、有機溶媒系蓄電池は、有機溶媒系蓄電池単セルを４セルもしくは５セル直列接続したもの、または、有機溶媒系蓄電池単セルを複数セル並列接続して有機溶媒系並列セル群とし、有機溶媒系並列セル群を４セルもしくは５セル直列接続したものであり、第１の水系蓄電池は、第１の水系蓄電池を構成する第１の水系蓄電池単セルを６セル直列接続したものであり、第２の水系蓄電池は、第２の水系蓄電池を構成する第２の水系蓄電池単セルを１１セル直列接続したものであることが好ましい。
【００１２】
また、リチウムイオン蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、リチウムイオン蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００１３】
また、仮想電池の電圧が９．６Ｖ以下となった場合、仮想電池の電圧が１５．５Ｖ以上となった場合、仮想電池の温度が予め設定した危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、外部回路に充電電流または放電電流が流れることを防止するために外部回路との接続を遮断する電流遮断回路を更に備えることが好ましい。
【００１４】
また、電流遮断回路は、外部回路との接続を遮断する遮断スイッチを更に備えることが好ましい。
【００１５】
また、電流遮断回路は、更に、外部からの指示に基づいて外部回路との接続を遮断することが好ましい。
【００１６】
また、仮想電池は、８．０Ｖ〜１６．８Ｖの範囲で動作されることが好ましく、仮想電池の充電電圧は、１５．５Ｖ以下であることが好ましく、仮想電池の最低放電電圧は８．８Ｖであり、最大充電電圧は１４．５Ｖであることが好ましい。
【００１７】
移動のための可搬機構を更に備えることが好ましい。
【００１８】
充電または放電を制御するパワーコンディショナを更に有し、パワーコンディショナは、仮想電池の充電電圧が１３．７Ｖ以上１４．５Ｖ以下となるように、または、第２の水系蓄電池に２０％以上の未充電容量が残るように充電電圧を制御することが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、仮想電池を単数個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、仮想電池は、平均放電電圧が２．８Ｖ〜３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セルとし、並列セル数を単数もしく複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１０セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、単数もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、１２Ｖ級鉛蓄電池と、並列組電池とは、電流遮断回路を介して並列接続され、電流遮断回路は、並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池を提供する。
【００２０】
また、本発明は、仮想電池を単数個または複数個直列接続することで構成されるハイブリッド蓄電池であって、仮想電池は、平均放電電圧が２．２Ｖ〜３．５Ｖであるリチウムイオン蓄電池単セルの直列セル数を４セルもしくは５セルとし、並列セル数を単数もしく複数としたリチウムイオン蓄電池と、ニッケル水素蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケル水素蓄電池、またはニッケルカドミウム蓄電池単セルの直列セル数を１１セルとし、並列セル数を単数もしくは複数としたニッケルカドミウム蓄電池とからなる並列組電池と、単数もしくは複数個並列接続された１２Ｖ級鉛蓄電池と、電流遮断回路とからなり、１２Ｖ級鉛蓄電池と、並列組電池とは、電流遮断回路を介して並列接続され、電流遮断回路は、並列組電池の電圧が予め設定された電圧範囲を逸脱した場合、並列組電池の温度が予め設定された危険温度以上となった場合または予め設定した電流値以上の過電流が流れた場合に、並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との間に充電電流または放電電流が流れることを防止するために並列組電池と１２Ｖ級鉛蓄電池との接続を遮断することを特徴とするハイブリッド蓄電池を提供する。
【００２１】
また、リチウムイオン蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、リチウムイオン蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００２２】
また、１２Ｖ級鉛蓄電池は、走行体に搭載された鉛蓄電池であることが好ましい。
【００２３】
並列組電池は、走行体のエンジンルーム以外の場所に設置されることが好ましい。
【００２４】
また、電流遮断回路は、手動により電流遮断が可能であることが好ましい。
【００２５】
また、本発明は、上述のいずれかに記載のハイブリッド蓄電池と電流遮断装置とを備えることを特徴とするハイブリッド蓄電装置を提供する。
【００２６】
また、本発明は、上述のハイブリッド蓄電装置と発電装置とを備えることを特徴とする発蓄電ユニットを提供する。
【００２７】
また、本発明は、複数の上述のハイブリッド蓄電池または上述の発蓄電ユニットと、複数のハイブリッド蓄電装置または発蓄電ユニットを相互に接続する電力ラインとを備えることを特徴とする電力網システムを提供する。
【００２８】
また、電流遮断装置は、外部からの指示に基づいてハイブリッド蓄電池と電力ラインとの接続の遮断、またはハイブリッド蓄電池の充電もしくは放電を行うことが好ましい。
【００２９】
また、本発明は、上述のいずれかのハイブリッド蓄電池を搭載した走行体を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のハイブリッド蓄電池によれば、第１の水系蓄電池である鉛蓄電池を充電率の高い領域で使用できるため、寿命性能、信頼性能を向上することができる。また、第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池を浅い充電率に保つため、メモリー効果の影響を受けることがなく、また、回生電流が流入した際に充電容量を確保するとともに、過大な充電が行われた場合にも、ガス吸収反応によって過充電エネルギを熱として系外に安全に排出できる。また、低温時においては水系電池が放電するので、優れた低温特性が得られる。
【００３１】
また、本発明のハイブリッド蓄電池は、外部回路の短周期の変動を吸収する平準化機能、電力のピーク需要時に電力を外部回路に供給するピークカット機能、発電能力のピークと電力需要のピークをマッチさせるピークシフト機能、夜間の安価な電力を貯蔵して昼間に使用するロードレベリング機能、および停電などの非常時に電力を供給する非常用電源機能を有する。
【００３２】
また、本発明の電力網は、電力網に接続する形で存在する多数の中、小型蓄電システムに中央制御室から一括、個別のコントロール（電力網との接続、充電、放電のコントロール）が可能な遠隔制御型電流遮断装置を設けることにより、分散型であるが全体として大きな蓄電池として機能する蓄電装置群を備えた電力網を安価に提供できる。そして、この分散型の蓄電池群の少なくとも一部が本発明のハイブリッド蓄電池であることが望ましい。
【００３３】
また、本発明のハイブリッド蓄電池は、回生電力の受け入れ性能が非常に優れているため、エンジンによるオルタネータの駆動を減少させることができるので、自動車の燃費を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池およびその接続構成を示すブロック図である。
【図２】図１のハイブリッド蓄電池を構成する仮想電池を示すブロック図である。
【図３】図２に示す仮想電池の充電特性を示すグラフである。
【図４】図２に示す仮想電池の放電特性を示すグラフである。
【図５】図２に示す仮想電池を構成する各蓄電池の充放電電圧の範囲を模式的に示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態２に係るハイブリッド蓄電池を備える発蓄電ユニットの一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る電力網システムの一例を示す模式図である。
【図８】可搬機構を備える本発明のハイブリッド蓄電池の外観図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るハイブリッド蓄電池の全体構成を示す模式図である。
【図１０】（Ａ）は、本発明の実施の形態５に係るハイブリッド蓄電池に用いる第２の水系蓄電池の全体構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態５に係るハイブリッド蓄電池に用いる有機溶媒系蓄電池の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明に係るハイブリッド蓄電池、ハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
【００３６】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池は、ハイブリッド蓄電池本体１と、ハイブリッド蓄電池本体１から順次接続される電流遮断回路３とパワーコンディショナ４とを備える。
ハイブリッド蓄電池本体１は、電流遮断回路３とパワーコンディショナ４とを介して外部回路５に接続される。また、ハイブリッド蓄電池本体１は、１２Ｖ級の仮想電池２を単数個または複数個直列接続することで構成される。なお、仮想電池２の詳細は後述する。
【００３７】
ハイブリッド蓄電池本体１を構成する１２Ｖ級の仮想電池２は、図２に示すように第１の水系蓄電池である１２Ｖ級の鉛蓄電池ＬＲＵ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ  Ｕｎｉｔ：最小取替可能ユニット）１１と、第１の水系蓄電池と異なる第２の水系蓄電池である１２Ｖ級のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２と、有機溶媒系蓄電池である１２Ｖ級のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３とを並列接続することで構成される。なお、１２Ｖ級のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の代わりに１２Ｖ級のニッケルカドミウム蓄電池ＬＲＵを用いてもよい。
【００３８】
１２Ｖ級の鉛蓄電池ＬＲＵ１１は、例えば、ＧＳ−ＹＵＡＳＡ（登録商標）製の鉛電池ＥＣＴ−４０Ｂ１９４であり、１２Ｖ−２７Ａｈの公称容量を示す。また、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２は、ニッケル水素蓄電池単セル２２を１０セル直列接続したものであり、例えば、ＦＤＫ（登録商標）製の円筒型１０Ａｈセルを１０直列した１２Ｖ−１０Ａｈの電池である。
【００３９】
また、１２Ｖ級のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３は、ＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質に用いた１．３５Ａｈの１８６５０型リチウムイオン蓄電池単セル２３を２０セル並列接続する（合計２７．０Ａｈ）ことで構成したリチウムイオン並列セル群２４を、４セル直列接続したものである。つまり、１２Ｖ級のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３は、内部の単セルがマトリクス上に接続されている。また、リチウムイオン蓄電池単セル２３の平均放電電圧は、２．８〜３．５Ｖである。
【００４０】
なお、仮想電池２は、上述のとおり、３つの独立したＬＲＵから構成されているため、これらのうちの１つまたは２つを取り去ったとしても、残りのＬＲＵが電流通過や電圧維持を行うため、ハイブリッド蓄電池本体１を稼働させながら一部のＬＲＵを取り変える、いわゆるホットスワップが可能である。
【００４１】
電流遮断装置３は、例えば、回路を遮断する半導体スイッチと、半導体スイッチに遮断指示を出す制御部とによって構成され、制御部は、例えば、図示しない電圧センサを介してハイブリッド蓄電池本体１を構成する仮想電池２をそれぞれ監視しており、少なくとも１つの仮想電池２の電圧が８．０Ｖ以下となった場合、または、１６．８Ｖ以上となった場合に、半導体スイッチへ遮断指示を出してハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を遮断し、これらの間を流れる電流を遮断する。すなわち、強制遮断が起こる電圧は、低電圧限界が８．０Ｖ、高電圧限界が１６．８Ｖである。なお、より好ましくは９．６Ｖおよび１５．５Ｖが好ましい。また、電流遮断回路３は、上述の電圧の値に限定されず、例えば、制御部が図示しない温度センサまたは図示しない電流センサを介して仮想電池２をそれぞれ監視しており、少なくとも１つの仮想電池２の温度が７１℃以上となった場合、または、予め設定した限界電流以上の電流（過電流）が流れた場合に、半導体スイッチへ遮断指示を出してハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を遮断してもよい。
電流遮断回路３は、外部回路５等からの過電流の流入を遮断することで、ハイブリッド蓄電池本体１の損傷を防ぎ、また、外部回路５等への過電流の流入を遮断することで、外部回路５等の損傷を防ぐものである。なお、電流遮断回路３は、図示しない遮断スイッチを有し、ハイブリッド蓄電池本体のメンテナス等のために、ハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を手動で強制的に遮断させることもできる。
【００４２】
パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との間で電力の双方向のやりとりを可能とする双方向インバータ機能や、ハイブリッド蓄電池本体１への充電やハイブリッド蓄電池本体１から外部回路５への給電に最適な電流・電圧に調整を行うＤＣＤＣ変換機能などを有するものである。例えば、外部回路５が交流回路の場合には、ハイブリッド蓄電池本体１からの放電の際に、ハイブリッド蓄電池本体１からのＤＣ出力を外部回路５に対応したＡＣ出力に変換し、また、ハイブリッド蓄電池本体１への充電の際に外部回路５からのＡＣ入力をハイブリッド蓄電池本体１に対応したＤＣ入力に変換する。また、例えば、ハイブリッド蓄電池本体１の充電電圧と外部回路５からの供給電圧とが異なる場合にＤＣＤＣ変換を行う。すなわち、パワーコンディショナ４は、ＡＣ出力端子（ＡＣ１００−２２０Ｖ、単相、３相）、ＤＣ出力端子、ＡＣからの充電端子（入力端子：ＡＣプラグ）などの入出力の端子を有している。
【００４３】
パワーコンディショナ４は、外部回路５からハイブリッド蓄電池本体１へのフロート充電するための充電電圧の制御機能を備える。
パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１を規定の電圧、例えば１３．７Ｖで充電する。規定の充電電圧は最大１４．５Ｖが望ましい。これは、第２の水系蓄電池に充分な余裕充電容量（未充電容量）を確保するためである。なお、充分な未充電容量としては、第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２に約２０％の未充電容量があることが好ましい。すなわち、第２の水系蓄電池は、低電流で充電した場合には１３．７Ｖ近傍で充電が始まり、長期の充電を行った場合には１４．５Ｖ近傍で完全充電に近づく。そこで、上述の仮想電池の充電は、１３．７Ｖ以上、１４．５Ｖ以下で行うものとして、第２の水系電池に未充電容量を確保できるようにすることが望ましい。
【００４４】
また、充電電流は規定の最大値を有している。この電流値は、有機溶媒系電池の５Ｃ（Ｃ：二次電池の充放電電流の大きさを表す）以下が望ましい。また、パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１の放電電圧が規定電圧以下にならないように管理する。規定電圧としては鉛蓄電池ＬＲＵ１１が深い放電を受けないような１０．５Ｖ以上が望ましい。すなわち、パワーコンディショナ４は、ハイブリッド蓄電池本体１が１０．５Ｖから１４．５Ｖの範囲で運転されるように充放電を管理する。望ましくは、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電深度を浅く保ち、ニッケル水素蓄電池に充分な未充電容量があるような１２．０Ｖ〜１４．２Ｖの範囲内で運転するよう管理することが好ましい。
【００４５】
外部回路５は、ハイブリッド蓄電池本体１からの電力の供給先またはハイブリッド蓄電池本体１への電力の供給元であり、回路自体に限定されず、発電装置や電気自動車などの電力の授受を行う種々の公知の電気機器等が考えられる。
【００４６】
＜充電特性＞
図３は、図２に示す１２Ｖ級の仮想電池２の充電特性を示すグラフであり、縦軸に充電される１２Ｖ級の仮想電池２の端子間電圧を、横軸に充電容量をとったものである。
図３に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２の充電特性は、Ａ〜Ｄの４つの領域に分かれる。
【００４７】
仮想電池２の端子間電圧が、９．５Ｖ〜１３．０Ｖである領域Ａは、主として鉛蓄電池ＬＲＵ１１の充電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の充電がなされる。
領域Ａでは、仮想電池２の充電容量のうち、２６％の充電がなされ、その内訳は、鉛蓄電池１９％、リチウムイオン蓄電池４％、ニッケル水素蓄電池２％である。
【００４８】
仮想電池２の端子間電圧が、１３．０Ｖ〜１３．５Ｖである領域Ｂは、主としてリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の充電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の充電がなされる。
領域Ｂでは、仮想電池２の充電容量のうち、３９％の充電がなされ、その内訳は、リチウムイオン蓄電池２７％、鉛蓄電池７％、ニッケル水素蓄電池４％である。
【００４９】
仮想電池２の端子間電圧が、１３．５Ｖ〜１４．５Ｖである領域Ｃは、主としてニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の充電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の充電がなされる。
領域Ｃでは、仮想電池２の充電容量のうち、２５％の充電がなされ、その内訳は、ニッケル水素蓄電池２０％、鉛蓄電池４％、リチウムイオン蓄電池１％である。
【００５０】
仮想電池２の端子間電圧が、１４．５Ｖ〜１５．０Ｖである領域Ｄは、過充電の領域であり、充電エネルギが、仮想電池２の鉛蓄電池ＬＲＵ１１およびニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２において水分解反応（ガス吸収反応）によって消費される。なお、ガス吸収反応は主に、ニッケル水素蓄電池１２において起こる。
領域Ｄにおいて、グラフの平坦な部分は、上述の水系蓄電池においてガス吸収反応が起こっていることを示し、グラフが急上昇している部分は、長時間にわたって大電流で充電し続けた際に、場合によっては、ガス吸収反応の限界を超えて電池電圧が急上昇することを示す。
【００５１】
＜放電特性＞
図４は、図２に示す１２Ｖ級の仮想電池２の放電特性を示すグラフであり、縦軸に充電される１２Ｖ級の仮想電池２の端子間電圧を、横軸に放電容量をとったものである。
図４に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２の放電特性は、Ｅ〜Ｇの３つの領域に分かれる。
【００５２】
仮想電池２の放電電圧が１３．０Ｖ以上である領域Ｅは、主としてニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の放電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主にニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２から放電がなされる。領域Ｅは、過充電保護のための領域であり、過電流などの大電流の流入に備えて、また、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２のメモリー効果を防ぐために、充電率が浅く保たれる。
【００５３】
仮想電池２の放電電圧が１２．０Ｖ〜１３．０Ｖである領域Ｆは、主としてリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の放電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主にリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３から放電がなされる。領域Ｆは、サイクル充放電のための領域であり、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３が、その長寿命性を活かしてサイクル使用される。
【００５４】
仮想電池２の放電電圧が、１２．０Ｖ以下である領域Ｇは、主として鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電容量を示す領域であり、仮想電池２において、主に鉛蓄電池１１から放電がなされる。領域Ｇは、極低温時や非常時の放電にのみ使用され、鉛蓄電池ＬＲＵ１１は、通常、放電深度が浅く保たれる。
【００５５】
＜サイクル使用＞
図５は、図２に示す１２Ｖ級の仮想電池２において、仮想電池２を構成する鉛蓄電池ＬＲＵ１１、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３、およびニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２のそれぞれの充放電電圧の範囲を模式的に示すグラフである。図５に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２は、最大電圧を１５．５Ｖ、過充電保護電圧を１４．５Ｖ、フロート充電電圧を１３．７Ｖ、通常サイクルにおける放電終止電圧を１２．０Ｖ、完全放電終止電圧を１０．５Ｖ、最小電圧を９．６Ｖとされる。
また、図５に示すように、１２Ｖ級の仮想電池２を、フロート充電電圧を１３．７Ｖとし、放電終止電圧を１２．０Ｖとして、サイクル使用を行うと、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２によって、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の過充電が防止できるとともに、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の充電率を浅く保つことでメモリー効果を防止でき、また、鉛蓄電池ＬＲＵ１１によって、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の過放電が防止できるとともに、極低温時や非常時において、放電が可能となり、また、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電深度を浅く保つため、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の長寿命化を図り、これらによって、仮想電池２、つまり、ハイブリッド蓄電池のサイクル性能の維持とハイブリッド蓄電池の長寿命化を図ることができる。
【００５６】
次に、本発明のハイブリッド蓄電池の充電時および放電時の動作を説明する。
＜充電時＞
ハイブリッド蓄電池本体１は、例えば、外部回路５からの交流電流がパワーコンディショナ４によって直流電流に変換され、定電圧１３．７Ｖでフロート充電がなされる。なお、図５からも明らかなように、電流遮断回路３は、過充電または過放電を防ぐために、最大電圧１５．５Ｖを超えた場合、または、最小電圧９．６Ｖを下回った場合に、ハイブリッド蓄電池本体１と外部回路５との接続を遮断する。
ハイブリッド蓄電池本体１は、１３．７Ｖでフロート充電されることで、ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２を構成する鉛蓄電池ＬＲＵ１１において満充電の状態が維持されるため、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の長寿命化を図ることができる。また、異常な過電流が流れた場合等に、電流遮断装置３によって、外部回路５側との接続を遮断することでハイブリッド蓄電池本体１の損傷を防ぐことができる。
【００５７】
ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２を構成するニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２は、非常に浅い充電であるため、メモリー効果を避けることができ、また、ニッケル水素蓄電池１２が浅い充電に保たれるため、異常な過電流が入力された場合に、その影響をニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２によって吸収することができる。そのため、高精度な電流遮断回路等を接続する必要がなく、電流遮断回路３およびこれらの制御回路を安価なものとすることができる。
また、フロート充電によってハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２を構成するリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３を満充電することができ、フロート充電における余剰エネルギは、水系蓄電池である鉛蓄電池１１およびニッケル水素蓄電池１２において水分解反応が起こることで吸収されるため、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３が過充電されることがない。
【００５８】
＜放電時＞
ハイブリッド蓄電池本体１は、パワーコンディショナ４を介して外部回路５へ電力を供給する。なお、ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２の放電は１０．５Ｖを通常使用の下限電圧とし、サイクル使用（繰り返し使用）においては、１２．０Ｖで放電を停止する。
サイクル使用において、１２．０Ｖで放電を停止することで、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の放電深度を浅くし、また、鉛蓄電池ＬＲＵ１１の放電深度を極めて浅くして、ハイブリッド蓄電池本体１の仮想電池２のサイクル性能の維持と長寿命化とを図ることができる。
【００５９】
実施の形態２
図６は、本発明の実施の形態２に係る発蓄電ユニットを示すブロック図である。
図６に示すように、実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、上述のハイブリッド蓄電池本体１と、電流遮断回路３およびパワーコンディショナ４を介してハイブリッド蓄電池本体１と接続される太陽光発電装置６とを備え、パワーコンディショナ４と電流遮断装置７とを介して、外部の電力網３０と接続される。
【００６０】
ハイブリッド蓄電池本体１、電流遮断回路３およびパワーコンディショナ４は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
また、太陽光発電装置６は、建物の屋上等に設置され、例えば、太陽光を受けて１０−７０ｋＷ程度の発電を行うものである。
【００６１】
電流遮断装置７は、電流遮断回路３と同様の機能を有するものであり、過電流や過電圧などの所定の条件に応じて発蓄電ユニット２０と外部の電力網との接続を遮断し、外部の電力網３０からの過電流の流入や、外部の電力網３０への過電流の流出を防ぐことで、ハイブリッド蓄電池等の損傷を防ぐものである。また、電流遮断装置７は、外部からの指示に基づいて、発蓄電ユニット２０と外部の電力網３０との接続を遮断してもよい。
電力網３０は、太陽光発電装置６またはハイブリッド蓄電池本体１の電力供給先であり、また、建物内およびハイブリッド蓄電池本体１の電力供給元である。
【００６２】
次に、本発明の実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０の動作を説明する。
＜発電時＞
実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０の太陽光発電装置６によって発電がなされると、太陽光発電装置６によって発電された電力が、パワーコンディショナ４によって、ハイブリッド蓄電池本体１に供給され、また、外部の電力網３０に供給される。
ハイブリッド蓄電池本体１に供給される場合、パワーコンディショナ４によって、例えば、１３．７Ｖでフロート充電がなされる。また、外部の電力網３０に供給される場合、例えば、パワーコンディショナ４によって太陽光発電装置６からの直流電流が交流電流に変換され外部の電力網３０に供給される。
なお、太陽光発電装置６からハイブリッド蓄電池本体１へ過電流が流れると、電流遮断回路３によって、ハイブリッド蓄電池本体１と太陽光発電装置６との接続が遮断され、太陽光発電装置６から外部の電力網３０へ過電流が流れると、電流遮断装置７によって、発蓄電ユニット２０と外部の電力網３０との接続が遮断される。
【００６３】
＜給電時＞
また、ハイブリッド蓄電池本体１から外部の電力網３０へ給電が行われてもよい。例えば、パワーコンディショナ４によってハイブリッド蓄電池本体１からの直流電流が交流電流に変換され、電力網３０へ供給される。なお、ハイブリッド蓄電池本体１から外部へ過電流が流れると、電流遮断回路３によって、ハイブリッド蓄電池本体１と外部との接続が遮断される。
また、ハイブリッド蓄電池本体１は、図示しない建物内部の電気機器等へ電力を供給してもよい。例えば、ハイブリッド蓄電池本体１からの直流電流が図示しないインバータ（または、パワーコンディショナ４）によって交流電流に変換され、図示しない建物内部の電気機器等へ供給される。
【００６４】
＜外部からの充電＞
また、外部の電力網３０から発蓄電ユニット２０のハイブリッド蓄電池本体１に対して充電がなされてもよい。例えば、電力網３０からの交流電流が、パワーコンディショナ４によって直流電流とされ、ハイブリッド蓄電池本体１へ供給される。なお、外部の電力網３０からハイブリッド蓄電池本体１へ過電流が流れると、電流遮断装置７によって、ハイブリッド蓄電池と外部の電力網３０との接続が遮断される。
実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、夜間の安価な電力を蓄電することで、ピークカット、ピークシフトおよびロードレベリングの効果が得られる。また、実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、停電などの非常時に電力を供給する非常用電源として機能する。
【００６５】
実施の形態３
図７は、本発明の実施の形態３に係る電力網システムの概略構成を説明する説明図である。
図７に示すように、例えば、小学校などの公共施設に、メガワットアワー（ＭＷｈ）級の大型蓄電装置４０を設置し、これらを基幹電力ライン５０で相互接続するとともに、数ｋＷｈ級の大型蓄電装置４０に対して、その地域の一般家庭などの有する超小型蓄電装置４１、工場・事務所などの有する数十ｋＷｈ級の小型蓄電装置４２、病院・ホテルなどの有する数百ｋＷｈ級の中型蓄電装置４３等をそれぞれ接続することで、分散された蓄電池からなり、インターネットのようないわゆるウェブ構造を有する電力網システム６０を構築する。
【００６６】
大型蓄電装置４０、超小型蓄電装置４１、小型蓄電装置４２、および中型蓄電装置４３のそれぞれは、実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池と、ハイブリッド蓄電池と基幹電力ライン５０との電力のやりとりを遮断する電流遮断装置７とを備える（本発明のハイブリッド蓄電装置を構成する）。
なお、実施の形態２に係る発蓄電ユニット２０は、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池と電流遮断装置７とを備えるため（つまり、本発明のハイブリッド蓄電装置を備えるため）、これらの蓄電装置４０〜４３は、実施の形態２に係る発蓄電ユニットによって構成されていてもよい。
【００６７】
電力網システム６０は、大型蓄電装置４０において夜間の安価な電力を貯蔵し、また、太陽光発電等を行うことで、平常時および非常時において、大型蓄電装置（公共施設など）４０に接続された超小型蓄電装置（一般家庭など）４１、小型蓄電装置（工場・事務所など）４２、中型蓄電装置（病院・ホテル）４３等へ電力を供給する。
また、大型蓄電装置４０、超小型蓄電装置４１、小型蓄電装置４２、および中型蓄電装置４３のそれぞれが備える電流遮断装置７は、例えば、共通のプロトコルに基づいて外部からの命令により作動されてもよい。分散された蓄電装置網（分散された蓄電池からなる電力網システム）が、中央の制御室等からの指令に基づいて、１つの巨大な蓄電装置として機能することができる。
【００６８】
本発明の実施の形態３に係る電力網システム６０は、大型蓄電装置４０において発電、夜間の安価な電力の貯蔵等を行うことで、各地域において電力消費のピークシフト、ピークカットを進めるとともに、ロードレベリングの効果が得られる。また、停電などの非常時に電力を供給する非常用電源としても利用することができる。
【００６９】
実施の形態４
なお、本発明に係るハイブリッド蓄電池は、自動車（走行体）のアイドルストップに利用されてもよい。
図９に示すように、本発明の実施の形態４に係るハイブリッド蓄電池は、例えば、ＳＯＮＹ（登録商標）製リチウムイオン蓄電池単セル（ＬｉＦｅＰＯ４正極の２６６５０型２．３Ａｈセル)１２３を２セル並列接続し、それを４セル直列接続することで構成されるリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３に、例えば、ＦＤＫ製ニッケル水素蓄電池単セル（円筒型１０．０Ａｈセル）１２２を１０セル直列接続したニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２を並列接続することで構成される並列組電池１０１を、電流遮断回路１０３を介して自動車のエンジンルーム内に備えた、例えば、既設の日立（登録商標）製４２Ａｈの鉛蓄電池ＬＲＵ１１１と並列接続することで構成される。なお、ハイブリッド蓄電池の所望の特性に応じてリチウムイオン蓄電池単セル１２３の並列接続数を増減してもよい。
なお、本例では１２Ｖ級のアイドルストップ用ハイブリッド電池を示したが、４８Ｖ級も可能である。すなわち、１２Ｖの車載の鉛電池と４８Ｖの「リチウムイオン蓄電池とニッケル水素電池のハイブリッド蓄電池」の間にＤＤコンバータを介する場合、また、ＤＤコンバータを使用せずに鉛電池を小型１２Ｖセルの４直にして４８Ｖ級のハイブリッド蓄電池を構成する場合等がある。
【００７０】
また、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２には、図示しない温度センサが設置され、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３には、図示しない電圧センサが設置される。温度センサおよび電圧センサは、電流遮断回路１０３に接続され、温度センサは、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２の温度を測定して、測定された温度の温度信号を電流遮断回路１０３へ出力し、電圧センサは、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３の電圧を測定して、測定された電圧の電圧信号を電流遮断回路１０３へ出力する。
電流遮断回路１０３は、電流遮断回路３と同様のものであり、上述の温度信号および電圧信号を取得し、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２の温度が所定値を超えて異常に高くなった場合、またはリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３の電圧が所定値を下回って異常に低くなった場合もしくは所定値を超えて異常に高くなった場合に、並列組電池１０１と既設の鉛蓄電池ＬＲＵ１１１との間の接続を遮断し、並列組電池１０１を保護するものである。
【００７１】
なお、本発明の実施の形態４に係るハイブリッド蓄電池は、容量が大きく充電の受け入れ性能も非常に優れているので、自動車は減速時や坂道を下るときなどに派生する余剰の運動エネルギを利用して発電機（オルタネータや電動モータの逆回し等）を起動させれば良く、ガソリンを消費して発電機やオルタネータを回す必要がほとんどなくなり、自動車の燃費改善に非常に効果がある。
また、リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３とニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２とは高温度を嫌うため、エンジンルーム以外の場所、例えば、自動車のシート下、床下、トランクルーム、またはハンドル周辺のインパネ部分などに収納することが必要である。
【００７２】
実施の形態５
本発明に係るハイブリッド蓄電池が、例えば、自動車等の走行体に利用された場合、ハイブリッド蓄電池に回生電流として予期せぬ大電流が流れる場合が想定される。このような場合、第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池またはニッケルカドミウム蓄電池の容量が足りないと大電流を吸収できずに発熱してしまう。
よって、走行体からの回生電流として大電流が想定される場合には、このような大電流にも対応できるように、図２に示した実施の形態１のハイブリッド蓄電池１のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２の代わりに、より大容量の図１０（Ａ）に示すニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２を接続してもよい。ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２は、ニッケル水素蓄電池単セル２２２を１１セル直列接続したものであり、例えば、ＦＤＫ製の円筒型１０Ａｈセルを１１直列したものである。
【００７３】
上述と同様に、図９に示した実施の形態４のハイブリッド蓄電池１０１のニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１１２の代わりに、図１０に示すニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２を接続してもよい。また、第２の水系蓄電池としてニッケル水素蓄電池ＬＲＵ２１２を挙げているが、ニッケル水素蓄電池の代わりにニッケルカドミウム蓄電池を用いてもよい。
【００７４】
また、同様に、有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池の直列接続数を変更してもよい。
図２に示した実施の形態１のハイブリッド蓄電池１のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３の代わりに、より大容量の図１０（Ｂ）に示すリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ２１３を接続してもよい。リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ２１３は、リチウムイオン蓄電池単セル２２３またはリチウムイオン並列セル群２２４を５セル直列接続したものである。
上述と同様に、図９に示した実施の形態４のハイブリッド蓄電池１０１のリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１１３の代わりに、図１０（Ｂ）に示すリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ２１３を接続してもよい。
また、これらの場合のリチウムイオン蓄電池単セル２２３の平均放電電圧は、２．２〜３．５Ｖである。リチウムイオン蓄電池ＬＲＵに並列接続する鉛蓄電池およびニッケル水素蓄電池のそれぞれの平均放電電圧に応じて、リチウムイオン蓄電池単セルまたはリチウムイオン並列セル群の直列接続数を適宜調整すればよい。
いずれの場合であっても、大電流に対応したハイブリッド蓄電池を構成することができる。
【００７５】
また、本発明に係るハイブリッド蓄電池に使用されるリチウムイオン蓄電池の正極は、リチウムニッケル酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物、リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物の少なくとも１つを含み、リチウムイオン蓄電池の負極は、炭素系材料およびリチウムチタン酸化物の少なくとも一方を含み、負極活物質としてシリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金の少なくとも１つを含むことが好ましい。
特に、本発明に係るハイブリッド蓄電池を上述のとおり自動車等の走行体に利用する場合、リチウムイオン蓄電池の正極および負極を上述の材料で構成することで、自動車等の走行体からの回生電力等の大電力を異常な発熱等を伴わずに吸収することができる。
【００７６】
また、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池は、鉛蓄電池ＬＲＵ１１、ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２、およびリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３を複数組み合わせて構成されているため、かなりの重量となる。例えば、１０個の仮想電池２からなるハイブリッド蓄電池本体１は、２３０ｋｇ程度となると考えられるため、図８に示すように、外装ケースおよび車輪を備える移動のための可搬機構７０を備えることが好ましい。なお、可搬機構７０は、ハイブリッド蓄電池自体やハイブリッド蓄電池を構成する仮想電池２や、仮想電池２を構成する各電池が容易に外せてもよい。ハイブリッド蓄電池を各構成電池に分離して輸送することができる。また、可搬機構７０は、上述の外装ケースおよび車輪に限定されず、例えは、ハイブリッド蓄電池を吊り下げるためのフックを備えてもよい。
可搬機構を備えることで、ハイブリッド蓄電池のスムースな移動や取り換えが可能となる。
【００７７】
また、本発明の実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池において、第１の水系蓄電池である鉛蓄電池ＬＲＵ１１および第２の水系蓄電池であるニッケル水素蓄電池ＬＲＵ１２は、それぞれの単セルを直列接続することで構成されているが、有機溶媒系蓄電池であるリチウムイオン蓄電池ＬＲＵ１３のように、まず、単セルを並列接続することで並列セル群を構成し、並列セル群を直列接続することでこれら鉛蓄電池およびニッケル水素蓄電池をそれぞれ構成してもよい。
なお、上述の可搬機構の構成や、上述の並列セル群の構成は、本発明の実施の形態１のみならず、実施の形態４および実施の形態５に係るハイブリッド蓄電池においても同様に適用できる。
【００７８】
また、実施の形態２の発蓄電ユニット２０は、太陽光発電装置６を備えるが、これらは太陽光発電装置に限定されず、風力発電装置、太陽熱発電装置、地熱発電装置等、設置環境に応じた種々の公知の発電装置を利用することができる。
【００７９】
また、本発明のハイブリッド蓄電池は、実施の形態１に係るハイブリッド蓄電池のように、ハイブリッド蓄電池本体１と、電流遮断回路３と、パワーコンディショナ４とを備える必要はなく、例えば、ハイブリッド蓄電池本体１のみから構成されてもよく、また、ハイブリッド蓄電池本体１および電流遮断回路３のみから構成されてもよい。
【００８０】
以上、本発明のハイブリッド蓄電池、ならびにそれを利用するハイブリッド蓄電装置、発蓄電ユニット、電力網システムおよび走行体について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１  ハイブリッド蓄電池本体、  ２  仮想電池、  ３、１０３  電流遮断回路、  ４  パワーコンディショナ、５  外部回路、  ６  太陽光発電装置、  ７  電流遮断装置、  １１、１１１  鉛蓄電池ＬＲＵ、  １２、１１２、２１２  ニッケル水素蓄電池ＬＲＵ、  １３、１１３、２１３  リチウムイオン蓄電池ＬＲＵ、  ２０  発蓄電ユニット、  ２１  鉛蓄電池単セル、  ２２、１２２、２２２  ニッケル水素蓄電池単セル、  ２３、１２３、２２３  リチウムイオン蓄電池単セル、  ２４、２２４  リチウムイオン並列セル群、  ３０  電力網、  ４０  大型蓄電装置、  ４１  超小型蓄電装置、  ４２  小型蓄電装置、  ４３  中型蓄電装置、  ５０  基幹電力ライン、  ６０  電力網システム、  ７０  可搬機構、  １０１  並列組電池。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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