JP2006217698A

JP2006217698A - 発電システム及び２次電池

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Publication number: JP2006217698A
Application number: JP2005026045A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Mori; 幸信森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車などのエネルギ供給システムに組み込むと好適である、特に連続的で安定な、効率的な発電システムを提供する。
【解決手段】電力を発生するエネルギ源と、エネルギ源からの電力を充電用電力に変換する電力変換充電器と、電力変換充電器からの出力により充電されるバッテリと、バッテリからの出力電圧を高電圧に変換する高圧発生装置と、高圧発生装置からの出力高電圧を、複数個の出力端子に時分割で出力する電力切替コントローラと、電力切替コントローラの出力端子に接続されたコイルにより励磁される複数個のマグネットと、マグネットにより時分割で吸着・離隔運動する複数個のピストンと、複数個のピストンの運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、クランクシャフトの回転運動により発電する発電モータと、発電モータからの電力を制御して出力する発電出力コントローラを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電システムに係り、特に、電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車などのエネルギ供給システムに組み込むと好適な発電システム及び２次電池に関するものである。

２酸化炭素などの地球温暖化ガス排出抑制の世界的要請を受けて化石燃料の消費を減少するため、最近は電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車などのエネルギ供給システムの研究開発が盛んであり、システム各部の構成、材料及び構造の絶え間ない改良により、その性能や寿命が向上して来た。

しかしながら、現在のエネルギ供給システムには依然としてエネルギ密度が低い、即ち、重くて嵩張るという根本的問題があり、より軽く、よりコンパクトで、より効率的なエネルギ供給システムが求められている。

これらの技術に関連して、例えば特許文献１には、直流−３相変換電源装置と、３電極又は６電極の点火プラグをその先端を近接させて相互に１２０°間隔又は６０°間隔で配置した点火プラグ装置と、３相分のイグニッションコイルを含む点火回路とを備え、上記３電極または６電極に３相電圧を印加してマルチアーク点火を行うことにより、エネルギ供給システムとしての効率化を計る技術が開示されている。
しかしながら本技術は、瞬間的な高電圧の断続的な供給を対象とするものであり、連続的な高電圧の供給に対しては必ずしも効率的ではなかった。
特開平０７−１０３１２１号公報

本発明の目的は、上記のような電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車などのエネルギ供給システムにおける諸問題を解決するためになされたものであり、そのために、特に連続的で安定な、効率的な発電システム及び２次電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による発電システムは請求項１に記載のとおり、電力を発生するエネルギ源と、前記エネルギ源からの電力を充電用電力に変換する電力変換充電器と、前記電力変換充電器からの出力により充電されるバッテリと、前記バッテリからの出力電圧を高電圧に変換する高圧発生装置と、前記高圧発生装置からの出力高電圧を、複数個の出力端子に時分割で出力する電力切替コントローラと、前記電力切替コントローラの出力端子に接続されたコイルにより励磁される複数個のマグネットと、前記マグネットにより時分割で吸着・離隔運動する複数個のピストンと、前記複数個のピストンの運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの回転運動により発電する発電モータと、前記発電モータからの電力を制御して出力する発電出力コントローラを含むことを特徴とする。

また、請求項２に記載のとおり、前記エネルギ源が、ソーラーパネル、風力発電機、及び／又は燃料電池を含むことを特徴とする。

また、請求項３に記載のとおり、前記エネルギ源が燃料電池を含み、さらに、前記電力変換充電器の出力が選択的に供給されて水素を発生し、前記水素を前記燃料電池に供給する電解槽を含むことを特徴とする。

また、請求項４に記載のとおり、前記バッテリが、複数個の電気２重層コンデンサと、前記電気２重層コンデンサを時分割で充電する充電切替制御回路と、前記電気２重層コンデンサを時分割で放電する放電切替制御回路とを備えるコンデンサ部を含むことを特徴とする。

また、請求項５に記載のとおり、本発明による２次電池は、複数個の電気２重層コンデンサと、前記電気２重層コンデンサを時分割で充電する充電切替制御回路と、前記電気２重層コンデンサを時分割で放電する放電切替制御回路とを備えるコンデンサ部を含むことを特徴とする。

本発明による発電システムでは、複数個のマグネットを備え、対応するピストンに対するマグネットの強力な吸着力を時分割で活用して、ピストンを運動させ、一本のクランクシャフトにより回転運動に変換しているので、コンパクトで効率的な発電システムを提供することができる。

また、本発明による発電システムでは、時分割で順次充放電される複数個の電気２重層コンデンサを含むバッテリを備えているので、連続的で安定的な電力供給が可能になる。

以下、本発明に係る実施の形態と効果を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明による第１の実施例のブロックダイアグラム図、図２は本発明による第１の実施例の、マグネットの動作タイミング図、図３は本発明による第２の実施例の、コンデンサ部のブロックダイアグラム図、図４は本発明による第２の実施例の、コンデンサ部の動作タイミング図である。

図１を参照すると、本発明による第１の実施例に係る発電システムにおいては、エネルギ源として、ソーラーパネル１０、風力発電機１２、及び燃料電池１４を備える。

電力変換充電器２０では、図中の縦方向破線左側のマルチプレクサ部で、これらのエネルギ源からの電力をマルチプレクスし、図中の縦破線右側で充電用の電力に変換して出力する。

充電用の電力の一部は、電解槽２１に選択的に供給され、その際、電解槽２１は水素ガスを発生し、燃料電池１４に燃料として供給できる。

次に、バッテリ３０は電力変換充電器の充電用の電力により充電され、前記バッテリからの出力電圧（例えば、ＤＣ１２Ｖ）は、高圧発生装置４０に供給されて高電圧（例えばＤＣ３００〜８００Ｖ）に変換され、電力切替コントローラ５０に供給され、電力切替コントローラ５０では、図中の横方向破線下側のデマルチ部で４個の出力端子に、高電圧を時分割で出力する。

前記電力切替コントローラ５０の出力端子には、４個のマグネット６１〜６４を各々励磁するコイル（図示せず）が接続され、高電圧が印加されたコイルには大電流が流れ、対応するマグネット６１〜６４が励磁される。

前記マグネットに対応するピストン７２には永久磁石７３（例えば、磁束密度４０００〜５０００ガウス）が前記マグネットに対向するように配されている。
励磁されたマグネットが永久磁石７３を吸着するような極性の場合は、前記マグネットが励磁されると、永久磁石７３と共にピストン７２が引き寄せられ、励磁されないと離隔される往復運動を行う。
逆に、励磁されたマグネットが永久磁石７３を反発するような極性の場合は、前記マグネットが励磁されると、永久磁石７３と共にピストン７２が離隔され、励磁されないと引き寄せられる往復運動を行う。
このようなピストンの往復運動が各々連接棒７４を介して複数個共同して１本のクランクシャフト７６を回転させる。

クランクシャフト７６の回転エネルギは、発電モータ８０により電力エネルギに変換され、発電出力コントローラによる制御のもとで、発電出力８６として負荷装置（図示せず）に供給される。

図２を参照すると、本実施例の場合、時分割は２相で、時間ｔの経過とともに、マグネット６１、６３は同相で励磁され（ＯＮ）、一方マグネット６２、６４は６１、６３と逆相（１８０度位相シフト）で励磁されており、一方が励磁されているタイミングでは、他方は励磁されない（ＯＦＦ）。

時分割励磁の方法は、これに限定されず、マグネットの数は４個以外の数でもよく、また、時分割の相数は２相以外、例えば４相（９０度位相シフト）でもよく、あるいは、マグネットの数が３個で３相（１２０度シフト）で励磁されてもよい。

強磁性体にコイルを巻いた電磁石マグネットと強磁性体のピストンを用いると、ピストンに永久磁石を固着しなくても、マグネットが励磁されると、マグネットとピストンの間には強力な磁力が働き、複数のピストンは対応するマグネットに吸着され、励磁されないと離隔する往復運動を行う。

このように複数のピストンの往復運動エネルギは、上記のクランクシャフト機構により、単一のクランクシャフトの回転運動エネルギに効率的に変換される。

図３を参照すると、本発明による第２の実施例に係る発電システムにおいては、前記バッテリ３０（図示せず）には、コンデンサ部３５が付加されており、コンデンサ部３５は、複数個の電気２重層コンデンサ９１〜９６と、前記電気２重層コンデンサを時分割で充電する充電切替制御回路３７と、前記電気２重層コンデンサを時分割で放電する放電切替制御回路３８とを備える。
他の部分は上記実施例１と同様である。

電気２重層コンデンサ、特に商品名スーパーキャパシタと呼ばれる種類の電気２重層コンデンサは、通常の２次電池に比べて内部抵抗が低いので、一般に、瞬間的に大電流を供給できるが、長時間連続的に供給することはできない。

充電切替制御回路３７は、電力変換充電器２０から充電用電力の一部を受けて（充電用電力は、バッテリ３０の本体と充電切替制御回路３７に並列に供給される）、これを図中破線右側のデマルチ部でデマルチし、６個の電気２重層９１〜９６に時分割供給する。

他方、放電切替制御回路３８は、６個の電気２重層９１〜９６にストアされた電力を時分割で放電するよう制御してこれらの放電電力を図中破線右側のマルチプレクサ部でマルチプレクスし、バッテリ３０の本体からの放電電力と合わせて高圧発生装置４０に供給する。

図４を参照すると、上記充電切替制御回路３７と放電切替制御回路３８により、６個の電気２重層コンデンサ９１〜９６は、最初に順次充電された後、各々周期Ｔで、放電（ＤＣＨ）−充電（ＣＨＧ）−スタンバイ（ＳＴＢ）の各サイクルを、時間ｔの経過とともに位相をスタガして繰り返す。

このようにコンデンサ部３５の電気２重層コンデンサは複数個９１〜９６に分かれ、コンデンサ部の出力３９としては充放電が平滑化された電圧ＶＨが得られるので、コンデンサ部３５を備えたバッテリ３０は連続的で安定的な電力供給が可能になる。
電気２重層コンデンサの数並びに時分割充放電の方法は、この数・方法に限定されない。

また、このような構成のコンデンサ部、もしくはこのような構成のコンデンサ部を備えたバッテリ３０は、単独で２次電池を構成することができる。
この２次電池は、連続的で安定な電力供給が可能な２次電池として有用である。

本発明による第１の実施例のブロックダイアグラム図である。本発明による第１の実施例の、マグネットの動作タイミング図である。本発明による第２の実施例の、コンデンサ部のブロックダイアグラム図である。本発明による第２の実施例の、コンデンサ部の動作タイミング図である。

符号の説明

１０ソーラーパネル
１２風力発電機
１４燃料電池
２０電力変換充電器
２１電解槽
３０バッテリ
３５コンデンサ部
３７充電切替制御回路
３８放電切替制御回路
３９コンデンサ部の出力
４０高圧発生装置
５０電力切替コントローラ
６１、６２、６３、６４マグネット
７２ピストン
７３永久磁石
７４連接棒
７６クランクシャフト
８０発電モータ
８５発電出力コントローラ
８６発電出力
９１、９２、９３、９４、９５、９６電気２重層コンデンサ

Claims

電力を発生するエネルギ源と、前記エネルギ源からの電力を充電用電力に変換する電力変換充電器と、前記電力変換充電器からの出力により充電されるバッテリと、前記バッテリからの出力電圧を高電圧に変換する高圧発生装置と、前記高圧発生装置からの出力高電圧を、複数個の出力端子に時分割で出力する電力切替コントローラと、前記電力切替コントローラの出力端子に接続されたコイルにより励磁される複数個のマグネットと、前記マグネットにより時分割で吸着・離隔運動する複数個のピストンと、前記複数個のピストンの運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの回転運動により発電する発電モータと、前記発電モータからの電力を制御して出力する発電出力コントローラを含むことを特徴とする発電システム。
前記エネルギ源が、ソーラーパネル、風力発電機、及び／又は燃料電池を含むことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
前記エネルギ源が燃料電池を含み、さらに、前記電力変換充電器の出力が選択的に供給されて水素を発生し、前記水素を前記燃料電池に供給する電解槽を含むことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
前記バッテリが、複数個の電気２重層コンデンサと、前記電気２重層コンデンサを時分割で充電する充電切替制御回路と、前記電気２重層コンデンサを時分割で放電する放電切替制御回路とを備えるコンデンサ部を含むことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
複数個の電気２重層コンデンサと、前記電気２重層コンデンサを時分割で充電する充電切替制御回路と、前記電気２重層コンデンサを時分割で放電する放電切替制御回路とを備えるコンデンサ部を含むことを特徴とする２次電池。