JP2005295616A

JP2005295616A - エコ駐輪場

Info

Publication number: JP2005295616A
Application number: JP2004103502A
Authority: JP
Inventors: Shunji Kawabata; 俊次川端
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】自然エネルギを利用して電動機付自転車などのバッテリを充電可能なエコ駐輪場を提供する。
【解決手段】太陽追尾可動式電池パネル４により太陽光で発電するとともに、風力発電機６で風力発電し、コンセント９，１０に電力を供給して電動機付移動体のバッテリへの充電を可能にし、電力不足を生じたときは再生型燃料電池２０または蓄電池３０からの電力供給を可能にすることで電動機付移動体のバッテリを安定して充電可能になる。また、太陽光発電あるいは風力発電での余剰電力を再生型燃料電池２０に供給してタンク２２内に水素を充填したり蓄電池３０を充電する。
【選択図】図２

Description

この発明はエコ駐輪場に関し、例えば、電動機付自転車を駐輪するときにバッテリに充電できる充電装置を備えたエコ駐輪場に関する。

地域の足とも言える自転車は、より楽に走れるという利便性を付加価値とした電動機付自転車が高齢化社会の中で浸透してきている。このような電動機付自転車は、例えば特開２０００−２８０９７２号公報に記載されているように、電動機を駆動するためのバッテリを搭載している。このような電動機付自転車は、バッテリを絶えず充電する必要があり、通常は自宅において充電を行っている。このことは電動車椅子についても同様である。
特開２０００−２８０９７２号公報

ところが、外出先でバッテリ切れを起こすと、電動機付自転車は足で漕ぐしかなく、しかも普通の自転車に比べて重いため、利用者の体力的な負担が大きくなってしまう。そこで、公園・病院・役所・マーケットなどの電動機付自転車の利用者がよく利用しそうな場所に充電装置を設置すれば、電動機付自転車の利用範囲が拡大されると思われるが、そのような充電装置備えた施設はほとんどないのが実情である。

また、最近では、風力発電や太陽電池などの自然エネルギを利用した発電装置や燃料電池などが比較的安価に入手可能になってきており、このような発電装置を利用してバッテリの充電を可能にすれば、省エネルギにも寄与でき、災害発生時には地域防災拠点としても利用可能になる。しかしながら、自然エネルギを利用する場合、日照量や風量が不安定であったり、時間的、シーズン的に発電量が大きく変化する問題がある。このため、発電量に余剰分が生じたり、発電量が不足する場合に備えた対策が必要となる。

また、太陽電池，風力発電，燃料電池のような発電特性の異なる電源を組合わせて使用する場合、最大効率が得られるように制御する必要がある。

それゆえに、この発明の目的は、自然エネルギを利用しかつ安定して効率的に電動機付自転車などのバッテリを充電可能なエコ駐輪場を提供することである。

この発明は、バッテリから電力が供給されて走行する電動機付移動体を駐輪させ、バッテリを充電可能なエコ駐輪場であって、太陽光で発電する太陽電池と、風力で発電する風力発電機と、水素タンクを有し、水素タンクから供給される水素と酸素の化学反応で発電し、電源が供給されることにより水素を水素タンクに充填する燃料電池と、バッテリを充電するための電力を供給するコンセントと、太陽電池と風力発電機と燃料電池からの発電電力を受け、コンセントに供給するとともに、少なくとも太陽電池と風力発電機との発電電力と、コンセントで消費される消費電力とを管理して、電力不足を生じたときは燃料電池からの発電量を増加させ、余剰電力を生じたときには燃料電池に余剰電力を供給して水素タンク内に水素を充填させる電圧調整手段とを備える。

好ましくは、蓄電池と商用電源からの交流電圧が入力される手段とを含み、電圧調整手段は、燃料電池からの電力によっても電力不足を生じたときに蓄電池からの電力または商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換した電力をコンセントに供給する。

好ましくは、電圧調整手段は太陽電池と風力発電機と燃料電池からのそれぞれの発電量を検出する発電電力量検出手段と、コンセントでの消費電力を検出する消費電力量検出手段と、発電電力量検出手段で検出された発電電力量と、消費電力量検出手段で検出された消費電力量との差に基づいて燃料電池の発電量を増加させるかあるいは余剰電力を燃料電池に供給するように制御する制御手段とを含む。

好ましくは、電動機付移動体は、それぞれが搭載されているバッテリから電力が供給される電動車椅子と電動機付自転車とを含み、コンセントには電動車椅子や電動機付自転車のそれぞれに搭載されているバッテリに対応した電圧が供給される。

好ましくは、燃料電池は水素を貯える水素吸蔵合金タンクと、水素タンクに貯えられた水素を水素吸蔵合金タンクに充填する充填手段とを含む。

この発明は、太陽電池により太陽光で発電するとともに、風力発電機で風力発電し、コンセントに電力を供給して電動機付移動体のバッテリへの充電を可能にし、再生型燃料電池によって水素タンクから供給される水素と酸素の化学反応で発電可能にしたので、自然エネルギを利用して電動機付自転車などのバッテリを充電可能に構成できる。

また、太陽電池または風力発電機からの電力不足を生じたときは燃料電池からの発電量を増加させ、太陽電池あるいは風力発電機での発電で余剰電力を生じたときには余剰電力を燃料電池に供給して水素タンク内に水素を充填させることにより、太陽電池，風力発電，燃料電池のような発電特性の異なる電源を組合わせて使用する場合に最大効率を得ることができる。

図１はこの発明の一実施形態におけるエコ駐輪場の概要を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。図１（ａ），（ｂ）において、エコ駐輪場１は災害発生時には地域防災拠点となるものであり、通常の自転車や電動機付移動体としての電動機付自転車や電動車椅子を駐輪するための駐輪スペースが設けられている。駐輪スペースには逆Ｌ字形状の支柱２が設けられており、上部には雨水から電動機付自転車を守るために屋根３が設けられている。屋根３上には太陽追尾可動式電池パネル４が複数配置されているとともに、複数の風力発電機５が設けられている。太陽追尾可動式電池パネル４は太陽の移動を追尾して常時太陽光を受けてそのエネルギにより発電を行い、風力発電機５は風力により発電を行う。

また、駐輪スペースには、表示塔６が設けられている。表示塔６には大型表示パネル７が設けられており、この大型表示パネル７にはエコ駐輪場１の地域の情報が表示され、災害発生時には災害情報が表示される。表示塔６の下部には後述の図２に示す再生型燃料電池２０や蓄電池３０などを収納するためのスペース８が設けられている。さらに、駐輪スペースには、電動車椅子や電動機付自転車などのバッテリを充電するためにコンセント９，１０が一定間隔ごとに設けられている。電動車椅子用のコンセント９には直流２４Ｖが供給されており、電動機付自転車用のコンセント１０には直流１２Ｖが供給されている。

図２はこの発明の一実施形態におけるエコ駐輪場の電気的構成を示すブロック図である。図２において、図１に示した太陽追尾可動式電池パネル４と風力発電機５は、太陽光や風という自然エネルギを利用してバッテリを充電するための電源供給源となるものである。太陽追尾可動式電池パネル４や風力発電機５は自然エネルギを利用しているため、日照量や風量が不安定であったり、時間的、シーズン的に発電量が大きく変化するので、安定した電力の供給を可能にするために再生型燃料電池２０と蓄電池３０とが設けられている。太陽追尾可動式電池パネル４と風力発電機５と再生型燃料電池２０で発電された電力と蓄電池３０からの電力は電圧調整装置１１に与えられる。

電圧調整装置１１は、太陽追尾可動式電池パネル４からの電力と、風力発電機６からの電力と、再生型燃料電池２０からの電力と、蓄電池３０からの電力に基づいて、後述の図３で説明するように安定して電力を供給してバッテリなどを充電できるように制御する。さらに、電圧調整装置１１には、太陽追尾可動式電池パネル４，風力発電機６，再生型燃料電池２０および蓄電池３０のいずれもから電力が供給されなくなったときに、継続して電力供給してバッテリの充電が可能なように商用電源４０からスイッチＳＷ１を介して交流電圧が与えられる。

電圧調整装置１１から充電装置１４，１５および照明装置，携帯電話，情報表示装置１６に直流電圧が供給される。充電装置１４はコンセント１０に直流１２Ｖの充電電圧を供給し、充電装置１５はコンセント９に直流２４Ｖの充電電圧を供給する。

再生型燃料電池２０は、通常時は太陽追尾可動式電池パネル４または風力発電機６からの余剰電力に基づいて水素ガスを製造するために利用され、日照量や風量が不安定で電力不足を生じたときは発電して不足する電力を電圧調整装置１１に供給する。なお、再生型燃料電池１１は、災害発生時には通信機器などに電力を供給する防災電源として活用することができる。

再生型燃料電池２０は電池本体２１を含み、この電池本体２１にはタンク２２から水素ガスが供給されるとともに、タンク２３から酸素ガスが供給される。なお、酸素ガスに代えて空気を供給してもよい。電池本体２１は水素ガスと酸素ガスが連続的に供給されることで電気化学反応により発電し、発電した電力を電圧調整装置１１に供給する。なお、電気化学反応により発生した水はタンク２６に蓄えられる。

再生型燃料電池２０によって水素を製造するときは、太陽追尾可動式電池パネル４または風力発電機６からの余剰電力が電圧調整装置１１を介して再生型燃料電池２０に供給される。電池本体２１は電力が供給されるとともにタンク２６から水が供給されると、発電時とは逆に水素と酸素とを発生する。発生された水素はタンク２２に貯えられ、酸素はタンク２３に貯えられる。タンク２２に貯えられた水素は水素充填装置２４により携帯燃料電池用水素吸蔵合金タンク２５に蓄積される。タンク２３に貯えられた酸素は災害発生時などにおいて医療用酸素ガスとしても利用される。

図３は図２に示す電圧調整装置１１の具体的なブロック図である。次に、図３を参照して、電圧調整装置１１の構成とともにその動作について説明する。

電圧調整装置１１は主として、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１，１０３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２と、電圧制御回路１０４，１０６と、電圧変換器１０５，１０７〜１１０と、加算器１１１，１１２と、減算器１１３と、充電制御装置１１４と、放電制御装置１１５とを含む。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１は風力発電機５で発電された交流電圧を直流電圧に変換し、逆流防止用のダイオードＤ１を介して電源母線１３０に出力する。このときの発電量は電力計測トランスデューサ１１６で検出され、その検出信号ａが加算器１１１に与えられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は太陽追尾可動式電池パネル４で発電された直流電圧を一定の直流電圧に変換し、逆流防止用のダイオードＤ２を介して電源母線１３０に出力する。このときの発電量は電力計測トランスデューサ１１７で検出され、その検出信号ｂが加算器１１１に与えられる。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０３はスイッチＳＷ１を介して商用電源４０から入力される交流電圧を直流電圧に変換し、逆流防止用のダイオードＤ３を介して電源母線１３０に出力する。このときの発電量は電力計測トランスデューサ１１８で検出され、その検出信号ｃが加算器１１１に与えられる。

電圧制御回路１０４は所定の電圧を発電できるように再生型燃料電池２０を制御し、電圧制御回路１０６は所定の電圧を発生するように蓄電池３０を制御する。電圧変換器１０５は再生型燃料電池２０で発電された直流電圧を一定の直流電圧に変換して電源母線１３０に出力する。電圧変換器１０７は蓄電池３０からの直流電圧を所定の直流電圧に変換して電源母線１３０に出力する。再生型燃料電池２０および蓄電池３０の発電量は、電力計測トランスデューサ１１９で検出され、その検出信号ｄが加算器１１１に与えられる。加算器１１１は検出信号ａ〜ｄに基づく電力量を加算することで発電量の合計を算出する。

電圧変換器１０８は、電源母線１３０からスイッチＳＷ２を介して与えられる直流電圧を例えば２４Ｖに変換して充電装置１４に供給する。このときの負荷側消費電力量は、電力計測トランスデューサ１２０で検出され、その検出信号ｅが加算器１１２に与えられる。電圧変換器１０９は、電源母線１３０からスイッチＳＷ３を介して与えられる直流電圧を例えば１２Ｖに変換して充電装置１５に供給する。このときの負荷側消費電力量は、電力計測トランスデューサ１２１で検出され、その検出信号ｆが加算器１１２に与えられる。

電圧変換器１１０は、電源母線１３０からスイッチＳＷ４を介して与えられる直流電圧を所定の電圧に変換して照明装置，携帯電話，情報表示装置１６に供給する。このときの負荷側消費電力量は、電力計測トランスデューサ１２２で検出され、その検出信号ｇが加算器１１２に与えられる。加算器１１２は検出信号ｅ〜ｇに基づく電力量を加算することで消費電力量の合計を算出する。

加算器１１１で加算された発電量の合計と、加算器１１２で加算された負荷側消費電力量の合計は減算器１１３に与えられて、減算結果が正又は０であるかあるいは負であるかが算出される。減算結果が正の場合は発電量が消費電力量よりも多いことになる。この正の信号は充電制御装置１１４に与えられ、充電制御装置１１４から出力される制御信号ｌが再生型燃料電池２０に与えられて、再生型燃料電池２０の発電量が抑制される。これでもなお発電量が多い場合は、充電制御装置１１４から制御信号ｊが電圧制御回路１０４に出力され、再生型燃料電池２０を充電装置として動作させるか、あるいは充電制御装置１１４から制御信号ｋが電圧制御回路１０６に出力されて蓄電池３０を充電装置として動作させる。減算結果が０の場合は充電制御装置１１４から制御信号ｊ，ｋ，ｌが出力されない。

減算器１１３による減算結果が負の場合は発電量が不足していることになる。この負の信号は放電制御装置１１５に与えられ、放電制御装置１１５から制御信号ｍが出力されて電圧変換器１０５により再生型燃料電池２０を発電機として動作させ、制御信号ｏを再生型燃料電池２０に出力し、発電量を増加させる。これでもなお発電量が不足する場合や、再生型燃料電池２０の保有している水素量が少なくなった場合は、放電制御装置１１５から制御信号ｎを出力して電圧変換器１０７を動作させて蓄電池３０を放電させて負荷に電力を供給する。

さらに、蓄電池３０の蓄電量が少なくなってくると、スイッチＳＷ１を閉じることにより、商用電源４０からの交流電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ１０３により直流電圧に変換し、電源母線１３０に供給することにより負荷への電源供給が可能になる。また、蓄電池３０の充電や再生型燃料電池２０への蓄電にも利用が可能になる。

上述のごとく、この実施形態によれば、太陽追尾可動式電池パネル４により太陽光で発電するとともに、風力発電機５で風力発電し、コンセント９，１０に電力を供給して電動機付移動体のバッテリへの充電を可能にし、再生型燃料電池２０によって水素と酸素の化学反応で発電可能にしたので、自然エネルギを利用して電動機付移動体のバッテリを充電可能に構成できる。

また、太陽光や風力という自然エネルギを利用することによる日照量や風量が不安定であったり、時間的、シーズン的に発電量が不足するときは、再生型燃料電池２０や蓄電池３０から不足する電力を補うことができ、それでも電力不足を生じたときは商用電源４０からの電力供給を可能にしたので、安定した電力供給が可能になる。

また、太陽追尾可動式電池パネル４，風力発電機５および再生型燃料電池２０のような発電特性の異なる電源を組み合わせて使用する場合、および必要に応じて発電量と消費電力量とのバランスがとれずに余剰電力が生じた場合には再生型燃料電池２０を蓄電して水素を製造したり、蓄電池３０を充電することにより、総合的な効率を向上できる。しかも、酸素を製造して貯えておくことで、災害発生時などにおいて医療用酸素ガスとしても利用することが可能になる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、自然エネルギを利用して太陽電池により太陽光で発電するとともに、風力発電機で風力発電し、コンセントに電力を供給して電動機付自転車などのバッテリへの充電を可能にし、再生型燃料電池によって水素と酸素の化学反応で発電可能になるので、公園・病院・役所・マーケットなどの駐輪場に有効に利用できる。

この発明の一実施形態におけるエコ駐輪場の概要を示す図である。この発明の一実施形態におけるエコ駐輪場の電気的構成を示すブロック図である。図２に示す電圧調整装置の具体的なブロック図である。

符号の説明

１エコ駐輪場、４太陽追尾可動式電池パネル、５風力発電機、６表示塔、７大型表示パネル、９，１０コンセント、１１電圧調整装置、１４，１５充電装置、１６照明装置，携帯電話，情報表示装置、２０再生型燃料電池、２１電池本体、２２，２３タンク、２４水素充填装置、２５水素吸蔵合金タンク、３０蓄電池、４０商用電源、１０１，１０３ＡＣ／ＤＣコンバータ、１０２ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０４，１０６電圧変換回路、１０５，１０７〜１１０電圧変換器、１１１，１１２加算器、１１３減算器、１１４充電制御装置、１１５放電制御装置、１１６〜１２２電力計測トランスデューサ、１３０電源母線、Ｄ１〜Ｄ３逆流防止用のダイオード、ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ。

Claims

バッテリから電力が供給されて走行する電動機付移動体を駐輪させ、前記バッテリを充電可能なエコ駐輪場であって、
太陽光で発電する太陽電池と、
風力で発電する風力発電機と、
水素タンクを有し、前記水素タンクから供給される水素と酸素の化学反応で発電し、電源が供給されることにより水素を前記水素タンクに充填する燃料電池と、
前記バッテリを充電するための電力を供給するコンセントと、
前記太陽電池と前記風力発電機と前記燃料電池からの発電電力を受け、前記コンセントに供給するとともに、少なくとも前記太陽電池と前記風力発電機との発電電力と、前記コンセントで消費される消費電力とを管理して、電力不足を生じたときは前記燃料電池からの発電量を増加させ、余剰電力を生じたときには前記燃料電池に余剰電力を供給して前記水素タンク内に水素を充填させる電圧調整手段とを備えた、エコ駐輪場。
さらに、蓄電池と商用電源からの交流電圧が入力される手段とを含み、
前記電圧調整手段は、前記燃料電池からの電力によっても電力不足を生じたときに前記蓄電池からの電力または前記商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換した電力を前記コンセントに供給する、請求項１に記載のエコ駐輪場。
前記電圧調整手段は、
前記太陽電池と前記風力発電機と前記燃料電池からのそれぞれの発電量を検出する発電電力量検出手段と、
前記コンセントでの消費電力を検出する消費電力量検出手段と、
前記発電電力量検出手段で検出された発電電力量と、前記消費電力量検出手段で検出された消費電力量との差に基づいて前記燃料電池の発電量を増加させるかあるいは余剰電力を前記燃料電池に供給するように制御する制御手段とを含む、請求項１または２に記載のエコ駐輪場。
前記電動機付移動体は、それぞれが搭載されているバッテリから電力が供給される電動車椅子と電動機付自転車とを含み、
前記コンセントには、前記電動車椅子や前記電動機付自転車のそれぞれに搭載されているバッテリに対応した電圧が供給される、請求項１に記載のエコ駐輪場。
前記燃料電池は、
水素を貯える水素吸蔵合金タンクと、
前記水素タンクに貯えられた水素を前記水素吸蔵合金タンクに充填する充填手段とを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載のエコ駐輪場。