JP2014230301A - 急速充電用電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】急速充電制御手段を搭載した電動式移動体と急速充電制御手段を搭載しない電動式移動体の双方を単一のシステムで急速充電することが可能な急速充電用電力供給システムを提供する。【解決手段】電源からの電力を据置型蓄電手段１５に充電する第一の据置型急速充電器１１と、据置型蓄電手段１５の電力を第一の電動式移動体５０〜５２の車載型蓄電手段に充電し、据置型蓄電手段１５の電力を第二の電動式移動体５３〜５５に搭載された車載型蓄電手段８５ｃ〜８５ｅの急速充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御可能な第二の据置型急速充電器１１?を介して第二の電動式移動体５３〜５５に充電し、第一の電動式移動体５０〜５２または第二の電動式移動体５３〜５５の充電時には据置型蓄電手段１５への給電を中止する給電制御手段１２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両等の電動式移動体を急速充電することが可能な急速充電用電力供給システムに関し、とくに充電方式が異なる二つの電動式移動体を単一のシステムで同時に急速充電することが可能な急速充電用電力供給システムに関する。

電気自動車は、排気ガスを放出しないため環境面で優れているが、充電に比較的長い時間を要するという問題がある。充電時間を短縮するためには、短時間に大電力を電気自動車に供給する必要があり、低圧電力線のみが敷設されている地域では、電力設備の受電容量を大きくする必要がある。そこで、商用交流電力を整流して大型蓄電池に直流電力を貯蔵し、貯蔵された直流電力を利用して、充電条件が異なる複数の電気自動車を同時に急速充電する技術が知られている（例えば特許文献１参照。）。この特許文献１の電気自動車は、車載型蓄電池に適した急速充電制御手段を搭載しており、車載型蓄電池と急速充電制御手段との一体設計が可能となっている。

電気自動車の急速充電するための方式としては、現在のところ種々の方式が提案されている。そのうちの一つとして、屋外などに設けられた据置型急速充電器で電気自動車に搭載された蓄電池に適した充電制御を行い、この充電制御された電力を電気自動車に供給する方式が存在する（例えば特許文献２参照。）。

特許４７３１６０７号公報 特開２００７−３３６７７８号公報

しかし、特許文献２の充電方式に対応する電気自動車は、急速充電制御手段を搭載していないため、この方式では１つの据置型急速充電器で１台ずつしか急速充電することができず、充電のための待ち時間が長くなるという問題がある。また、電気自動車は、現在のところ十分に普及していないので、特許文献２の据置型急速充電器も頻繁に使用されておらず、稼働率が低いという問題がある。したがって、据置型急速充電器を単に急速充電制御手段を搭載していない電気自動車だけに使用するのではなく、特許文献１のように、急速充電制御手段を搭載するタイプの電気自動車の急速充電にも使用できれば、据置型急速充電器の有効利用が図れ、非常に有益である。

今日では、地球環境の改善の観点から車両、船舶などの移動体の電動化が急速に進められており、単一のシステムで異なる充電方式に対応可能な急速充電用電力供給システムの開発が求められる。

そこで、本発明は、急速充電制御手段を搭載した電動式移動体と急速充電制御手段を搭載しない電動式移動体の双方を単一のシステムで同時に急速充電することが可能な急速充電用電力供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、急速充電制御手段を搭載した第一の電動式移動体と、前記急速充電制御手段を搭載しない第二の電動式移動体とに、急速充電のための電力をそれぞれ供給することが可能な急速充電用電力供給システムであって、電源から供給される電力を、少なくとも前記第二の電動式移動体の車載型蓄電手段の充電を含む各種蓄電手段の充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御可能な第一の据置型急速充電器と、前記第一の据置型急速充電器によって充電され、前記第一の電動式移動体および前記第二の電動式移動体に供給するための直流電力を貯蔵可能な据置型蓄電手段と、前記据置型蓄電手段に接続され、前記据置型蓄電手段からの直流電力を、前記第二の電動式移動体に搭載された前記車載型蓄電手段の急速充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御可能な第二の据置型急速充電器と、前記第一の据置型急速充電器と前記据置型蓄電手段との間に設けられ、前記据置型蓄電手段から出力される直流電力による前記第一の電動式移動体の車載型蓄電手段の充電時と、前記据置型蓄電手段から出力される直流電力による前記第二の据置型急速充電器を介して行われる前記第二の電動式移動体の前記車載型蓄電手段の充電時には、前記第一の据置型急速充電器からの前記据置型蓄電手段への給電を中止する給電制御手段と、を備えたことを特徴とする急速充電用電力供給システムである。

請求項１の発明によれば、急速充電制御手段を搭載した第一の電動式移動体へは、据置型蓄電手段に貯蔵された電力が供給され、急速充電に必要な電圧および電流は、第一の電動式移動体に搭載された急速充電制御手段によって最適に制御され、第一の電動式移動体の車載型蓄電手段の急速充電が行われる。これに対し、急速充電制御手段を搭載しない第二の電動式移動体へは、据置型蓄電手段から出力される直流電力が第二の据置型急速充電器を介して第二の電動式移動体に供給されるので、据置型蓄電手段からの電力は、第二の据置型急速充電器によって第二の電動式移動体の車載型蓄電手段の急速充電に必要な電圧および電流に制御され、第二の電動式移動体の急速充電が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、前記第一の据置型急速充電器と前記給電制御手段との間に設けられ、前記第一の据置型急速充電器からの直流電力を、前記給電制御手段を介して前記据置型蓄電手段に供給するための第一の充電回路と前記第二の電動式移動体の前記車載型蓄電手段を直接充電するための第二の充電回路のいずれかに切替えて供給する電力供給切替手段を備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、前記据置型蓄電手段は、廃車の対象となる電動式移動体に搭載されていた車載型蓄電手段を再利用したものから構成されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、少なくとも前記据置型蓄電手段は、国際規格の海上コンテナ内に収納された状態で運搬および運用されることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、前記第一の据置型急速充電器と前記第二の据置型急速充電器は、同一規格および同一容量を有する充電器から構成されていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、前記据置型蓄電手段には、複数の前記第一の電動式移動体が接続可能であることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、前記据置型蓄電手段には、複数の前記第二の据置型急速充電器が接続されていることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、前記据置型蓄電手段には、直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統に供給するインバータが接続されていることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システムにおいて、前記第一の据置型急速充電器に入力される電力は、再生可能エネルギーによって発電された電力であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、急速充電用電力供給システムは、据置型蓄電手段から供給される直流電力により、第一の電動式移動体の急速充電を行うことができるとともに、据置型蓄電手段から第二の据置型急速充電器を介して供給される直流電力により、第二の電動式移動体を急速充電することができる。これにより、第一の電動式移動体と第二の電動式移動体の双方を同時に急速充電することが可能となり、充電方式が異なる第一の電動式移動体と第二の電動式移動体が混在して使用される交通社会が実現した場合であっても、混乱を招くことなく円滑に各電動式移動体の急速充電を行うことができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、据置型蓄電手段から出力される直流電力による第一の電動式移動体または第二の電動式移動体の充電時には、給電制御手段によって第一の据置型急速充電器からの据置型蓄電手段への給電を中止するので、電源が商用交流電源である場合は、電力会社の送配電系統に大きな負担をかけることなく、据置型蓄電手段に貯蔵された電力のみを利用して第一の電動式移動体および第二の電動式移動体の急速充電が可能となる。したがって、各電動式移動体の急速充電時には、各電動式移動体が急速充電に必要とする最大限の電力を据置型蓄電手段から一気に電動式移動体に供給することができ、電動式移動体の超高速充電が可能となる。これにより、電気自動車などの電動式移動体をガソリン自動車の給油時間と同程度の時間で急速充電することが可能となり、充電待ち時間を短縮することができるとともに、充電設備の利用回転効率を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、第一の据置型急速充電器と給電制御手段との間に電力供給切替手段を設けているので、第一の据置型急速充電器のみを利用して第二の電動式移動体の車載型蓄電手段を直接充電することができ、据置型蓄電手段の残存容量が著しく少なく、据置型蓄電手段からの電力により急速充電が困難な場合でも、第二の電動式移動体の急速充電が可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、据置型蓄電手段は、廃車の対象とされる電動式移動体に搭載されていた車載型蓄電手段を再利用したもので構成されるので、システム価格のうち大きなウエイトを占める据置型蓄電手段の大幅なコスト低減が可能となる。したがって、システム価格を大幅に低減することができ、システム導入のための初期投資を抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば、少なくとも据置型蓄電手段は、国際規格の海上コンテナ内に収納された状態で運搬および運用することが可能となるので、重量物であり多くの容積を占める据置型蓄電手段の国内外への運搬の際の取扱いが便利となるとともに、システムの据付作業および運用開始のための作業が容易となる。

請求項５に記載の発明によれば、第二の据置型急速充電器は、第一の据置型急速充電器と同一規格で同一の容量を有する充電器から構成されているので、第一の据置型急速充電器と第二の据置型急速充電器との間で互換性をもたせることができる。これにより、保守が容易となるとともに、システムにおける急速充電器の予備品の種類を抑制することができ、保守費用を低減することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、据置型蓄電手段には、複数の第一の電動式移動体が接続可能であるので、複数の第一の電動式移動体を同時に急速充電することができ、第一の電動式移動体の充電待ち時間を解消することができる。

請求項７に記載の発明によれば、据置型蓄電手段には、複数の第二の据置型急速充電器が接続されているので、複数の第二の電動式移動体を同時に急速充電することができ、第二の電動式移動体の充電待ち時間を解消することができる。

請求項８に記載の発明によれば、据置型蓄電手段には、直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統に供給するインバータが接続されているので、据置型蓄電手段に貯蔵された電力を商用電力系統に供給することが可能となり、電力負荷の平準化を図ることができる。

請求項９に記載の発明によれば、第一の据置型急速充電器に入力される電力は、再生可能エネルギーを利用して発電された電力であるので、電動式移動体の急速充電にＣＯ_２の排出を伴わない電力を用いることができ、地球温暖化防止を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係わる急速充電用電力供給システムの概要図である。 図１の急速充電用電力供給システムにおける据置型蓄電手段および充電スタンドの近傍の正面図である。 図１の急速充電用電力供給システムにおける開閉手段と車両との接続関係を示す電気回路図である。 図１の急速充電用電力供給システムにおける開閉手段の電気回路図である。 図１の急速充電用電力供給システムにおける車両の充電制御手段の電気回路図である。 図１の急速充電用電力供給システムにおける車両の冷却ユニットの概要図である。 図１の急速充電用電力供給システムにおける給電制御手段の制御手順を示すフローチャートである。 図１の急速充電用電力供給システムにおける充電手順を示すフローチャートである。 図１の急速充電用電力供給システムにおける充電手順を示すフローチャートであって図８に続くフローチャートである。 図１の急速充電用電力供給システムにおける第一の据置型急速充電器の概要を示すブロック図である。 図１の急速充電用電力供給システムにおける第二の据置型急速充電器の概要を示すブロック図である。 図１の急速充電用電力供給システムの全体斜視図である。 本発明の実施の形態２に係わる急速充電用電力供給システムの概要図である。 本発明の実施の形態３に係わる急速充電用電力供給システムの概要図である。 図１４の急速充電用電力供給システムにおける第一の据置型急速充電器の概要を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係わる急速充電用電力供給システムの概要図である。 図１６の急速充電用電力供給システムにおける充電プラグの斜視図である。

つぎに、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
図１ないし図１２は、本発明の実施の形態１を示している。図２において、符号１は電源としての商用の交流電源を示しており、交流電源１としては、例えば三相交流電源が用いられている。交流電源１からの電力は、電力線２を介して建屋３内に供給されている。建屋３内には、急速充電用電力供給システム１０を構成する第一の据置型急速充電器１１と、給電制御手段１２と、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５と、他の機器類が配置されている。第一の据置型急速充電器１１の入力側は、建屋３内の電力線２に接続されている。第一の据置型急速充電器１１は、電力線２からの三相交流電力を所定の電圧値に調整した後、直流電力に変換する機能を有している。第一の据置型急速充電器１１の出力側には、給電制御手段１２を介して第一の蓄電手段１５と接続されている。給電制御手段１２は、後述するように開閉手段３０からの信号Ｓ７に基づき据置型急速充電器１１から出力される直流電力の第一の蓄電手段１５への供給を停止する機能を有している。

第一の蓄電手段１５は、第一の据置型急速充電器１１からの直流電力を貯蔵する機能を有する。第一の蓄電手段１５は、直流電力を貯蔵できるものであればどのような種類のものであってもよい。この実施の形態１においては、蓄電池と電気二重層キャパシタの少なくともいずれか一つから構成されているが、第一の蓄電手段１５は、例えば多数のセルを直列に接続した制御弁式鉛蓄電池のみから構成してもよいし、蓄電池と二重層キャパシタとを併用した構成であってもよい。また、第一の蓄電手段１５は、大容量の二重層キャパシタのみから構成してもよい。さらに蓄電池は、高価ではあるが大容量のリチウムイオン電池から構成してもよい。この実施の形態１においては、急速充電用電力供給システム１０のコストを低減するために、第一の蓄電手段１５は、廃車の対象とされる電気自動車に搭載されているリチウムイオン電池を再利用したもので構成されている。第一の据置型急速充電器１１は、急速充電制御手段８０を搭載していない第二の電動式移動体である車両５３を、最適な充電電圧および充電電流の制御により急速充電する機能を有すると共に、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５を充電するためのものであり、第一の蓄電手段１５の充電特性を考慮した充電機能を有している。第一の蓄電手段１５側には、第一の蓄電手段１５の充電電圧および充電電流を検出するセンサ（図示略）が設けられており、第一の蓄電手段１５は検出される充電電圧および充電電流に基づき、据置型急速充電器１１によって充電される。本実施の態様では、第一の蓄電手段１５の開放電圧は、例えばＤＣ３８０Ｖ程度となっているが、セルの増減により開放電圧を変えることができる。第一の蓄電手段１５を構成する多数のセルは、パッシブセルバランス方式やアクティブセルバランス方式を用いた図示しない電池管理システム（ＢＭＳ）によって、充電バランスが保たれるようになっている。

急速充電用電力供給システム１０は、第一の蓄電手段１５の残存容量（残存電力量）を検知する機能を有している。図１および図１０に示すように、第一の蓄電手段１５には、第一の蓄電手段１５の残存容量を算出する容量判定手段９３が接続されている。容量判定手段９３は、第一の蓄電手段１５の出力側に設けられる第一の電力量センサ（図示略）と第一の蓄電手段１５の入力側に設けられる第二の電力量センサ（図示略）からの情報に基づき、第一の蓄電手段１５の残存容量を算出する機能を有している。容量判定手段９３から判定情報は、後述する給電制御手段１２に入力されるようになっている。給電制御手段１２は、第一の蓄電手段１５の残存容量が所定値以下であると容量判定手段９３によって判定された場合は、第二の電動式移動体としての車両５０からの充電要求があっても、第一の蓄電手段１５への給電を継続するようになっている。

図２に示すように、第一の蓄電手段１５は、プラス端子板１７とマイナス端子板１８とを有している。プラス端子板１７とマイナス端子板１８は、給電制御手段１２を介して据置型急速充電器１１の出力側に接続されている。建屋３には、第一の充電回路２０Ａの一部を構成するプラス共通端子板１３およびマイナス共通端子板１４が設けられている。プラス共通端子板１３およびマイナス共通端子板１４は、第一の蓄電手段１５からの直流電力を建屋３の外に配置された複数の充電スタンド２１に供給するためのものである。プラス共通端子板１３およびマイナス共通端子板１４は、第一の充電回路２０Ａを介して充電スタンド２１の開閉手段３０と接続されている。ここで、第一の充電回路２０Ａとは、第一の蓄電手段１５からの直流電力を後述する第一の電動式移動体としての車両５０まで供給するための電気回路を意味する。図１に示すように、本実施の形態においては、同時に複数の車両の充電を行うことから、プラス共通端子板１３およびマイナス共通端子板１４には、複数の充電回路２０Ａが並列に接続されている。建屋３内には、年間を通じて室内の温度をほぼ一定に保つ空調機１６が設けられており、年間を通じて室内温度をほぼ一定に保つことで第一の蓄電手段１５の寿命を高めるようにしている。

図２において、充電スタンド２１は、建屋３の近くの充電ステーション内に設けられている。充電ステーションには、複数の充電スタンド２１が設けられており、各充電スタンド２１には、充電回路２０Ａを介して第一の蓄電手段１５から直流電力が供給されるようになっている。充電スタンド２１は、側面部に操作部２２と表示部２６を有している。操作部２２には、充電カード読取器２３と、充電開始スイッチ２４と、充電強制停止スイッチ２５が設けられている。表示部２６には、充電量表示計２７と、充電電流表示計２８と、充電料金表示計２９が設けられている。充電スタンド２１に収納された開閉手段３０には、充電回路２０の一部を構成する充電ケーブル３５が接続されている。充電ケーブル３５は、充電以外の時は充電スタンド２１の側面に保持されており、充電時には移動体としての車両５０側に延びるようになっている。充電ケーブル３５の先端部には、車両５０の充電コネクタ６５と接続可能な充電プラグ３６が設けられている。

図３は、充電時における充電スタンド２１と車両５０との接続関係を示している。充電ケーブル３５の充電プラグ３６は、第一の電動式移動体としての車両５０の充電コネクタ６５に接続されている。第一の蓄電手段１５からの直流電力は、充電回路２０の途中に設けられた開閉手段３０を介して車両５０に供給されるようになっている。開閉手段３０は、充電スタンド２１の操作部２２からの信号または車両５０からの信号により開閉動作し、第一の蓄電手段１５からの直流電力の車両５０への供給または停止を行う機能を有している。開閉手段３０からの直流電力は、充電回路２０Ａを介して車両５０に供給されるようになっている。

図４は、開閉手段３０の詳細を示している。開閉手段３０は、開閉器３１と開閉制御部３２を有している。開閉器３１は、第一の蓄電手段１５から供給される直流電力の供給または停止を行う開閉機能を有しており、半導体素子または電磁接触器から構成されている。開閉器３１は、開閉制御部３２からの信号Ｓ２１に基づき開閉動作するようになっている。開閉器３１の出力側には、電力センサ３４が設けられている。電力センサ３４は、開閉器３１の出力側の直流電力の電圧および電流を検出する機能を有している。開閉制御部３２には、電力センサ３４から信号Ｓ６が入力されるようになっている。また、開閉制御部３２には、充電カード読取器２３からの信号Ｓ１と、充電開始スイッチ２４からの信号Ｓ２と、充電強制停止スイッチ２５からの信号Ｓ３が入力可能となっている。さらに、開閉制御部３２には、車両５０の充電制御手段８０からの信号Ｓ４、Ｓ５、Ｓ２０が入力可能となっている。開閉制御部３２は、入力された信号に基づき給電制御手段１２へ給電停止信号Ｓ７を出力する機能を有している。すなわち、開閉制御部３２は、図５および図８に示すように、充電開始スイッチ２４によって入力された信号Ｓ２に基づき給電制御手段１２へ給電停止信号Ｓ７を出力し、第一の蓄電手段１５への直流電力の供給を停止させる機能を有している。開閉制御部３２からは、充電スタンド２１の表示部２６へ信号Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０が出力されるようになっている。信号Ｓ８は、充電開始からの充電量（供給電力量）を充電量表示計２７に表示させるため信号であり、信号Ｓ９は、開閉器３１から車両５０側に流れる充電電流を充電電流表示計２８表示させるための信号である。信号Ｓ１０は、充電開始から充電終了までに車両５０へ供給された電力量に相当する電力料金を充電料金表示計２９に表示させるための信号である。なお、開閉器３１は、便宜上設けたものであり、開閉器３１がなくとも、第一の充電回路２０Ａがあれば車両５０の急速充電は可能である。

図３に示すように、車両５０には急速充電制御手段８０の他に種々の機器が搭載されている。車両５０に供給された直流電力は、急速充電制御手段８０により所定の電圧および電流に制御された後、車載型蓄電手段としての第二の蓄電手段８５に供給されるようになっている。第二の蓄電手段８５は、直流電力を貯蔵できる機能を有すればどのような種類のものであってもよいが、本実施の形態においては、蓄電池と電気二重層キャパシタとリチウムイオンキャパシタの少なくともいずれか一つから構成されている。本実施の形態においては、第二の蓄電手段８５は、例えば多数のセルが直列に接続されたリチウムイオン電池のみから構成されるが、蓄電池と二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタとを併用した構成であってもよい。第二の蓄電手段８５に貯蔵された直流電力は、コントローラ８６を介して走行モーター８７に供給可能となっており、車両５０は走行モーター８７を駆動源として走行可能となっている。第二の蓄電手段８５を構成する多数のセルは、パッシブセルバランス方式やアクティブセルバランス方式を用いた図示しない電池管理システム（ＢＭＳ）によって、充電バランスが保たれるようになっている。車両５０には、充電系統における発熱部を冷却するための冷却ユニット６０が搭載されている。

図５は、急速充電制御手段８０の詳細を示している。急速充電制御手段８０は、パワー制御部８１と充電情報処理部８４を有している。パワー制御部８１は、充電制御ユニット８２と温度制御ユニット８３から構成されている。充電制御ユニット８２は、開閉手段３０からの直流電力を第二の蓄電手段８５に適合した充電電圧および充電電流に制御する急速充電制御機能を有している。充電制御ユニット８２は、直流チョッパ回路（昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路を併用した直流チョッパ回路）および電流制御回路を有している。充電制御ユニット８２は、充電情報処理部８４からの制御信号Ｓ２２に基づき第一の蓄電手段１５から供給される直流電力をチョッパ制御し、第二の蓄電手段８５を最適充電電圧で充電する機能を有している。充電制御ユニット８２から第二の蓄電手段８５に出力される電圧および電流は出力センサ７６により測定されており、出力センサ７６からの信号Ｓ１６は充電情報処理部８４に入力されている。リチウムイオン電池の充電については、とくに充電電圧に対して高い制御精度が必要となるため、急速充電制御手段８０ではこれを考慮した高精度の充電制御が行われるようになっている。充電制御ユニット８２は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路を併用した直流チョッパ回路を有しているので、車両５０の充電時に第一の蓄電手段１５の電圧が徐々に低下しても、第一の蓄電手段１５からの電圧を充電制御ユニット８２の直流チョッパ回路により制御することにより、第二の蓄電手段８５を最適電圧で充電することができる。したがって、急速充電時における第一の蓄電手段１５の出力電圧変化は、第二の蓄電手段８５の充電に影響しない。このように、充電情報処理部８４には、検出される第二の蓄電手段８５の電池電圧、充電電流に基づき第二の蓄電手段８５に対して最適な急速充電制御を行うための充電プログラムが予め入力されている。

急速充電制御手段８０には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体や窒素ガリウム（ＧａＮ）半導体などのパワー半導体が用いられており、高温での使用や電力変換における低損失が図られている。また、急速充電制御手段８０に、これらのパワー半導体を使用することにより、急速充電制御手段８０の小型化、軽量化が可能となり、車両５０への急速充電制御手段８０の搭載が著しく容易となる。さらに、これらのパワー半導体は電力変換効率が高いことから、急速充電制御手段８０からの発熱も少なく、後述する電子冷却素子６１を使用した冷却ユニット６０でも、急速充電制御手段８０を十分に冷却することができる。

車両５０は、図１０に示すように、急速充電制御手段８０による第二の蓄電手段８５の充電経歴を記憶する充電履歴記憶手段８０ａを有している。充電経歴記憶手段８０ａは、急速充電制御手段８０に接続されており、急速充電制御手段８０による第二の蓄電手段８５の充電毎の充電結果（急速充電時における充電電圧、充電電流、充電時間などの充電データ）を記憶するようになっている。車両５０は、充電履歴記憶手段８０ａを介して充電回数および充電結果を把握することで、第二の蓄電手段８５の寿命を推測することが可能となっている。車両５０は、第二の蓄電手段８５の残存容量、車両位置情報、走行距離、停車時間などの各種データを無線経由でデータセンタ（図示略）に送信する機能を有している。車両５０に搭載された充電履歴記憶手段８０ａの情報は、無線を介してデータセンタで受け取ることが可能となっており、車両５０の所有者はデータセンタからの情報に基づき、第二の蓄電手段８５の交換時期が迫っていることを知ることができる。また、データセンタに蓄積された車両５０からの各種情報は、必要に応じてインターネットを介して関係機関に提供され、有効利用される。

図５に示すように、急速充電制御手段８０の充電情報処理部８４には、多数の信号が入力され出力される。図４の開閉器３１の入力側に設けられた電圧測定センサ３３は、第一の蓄電手段１５の出力電圧を測定する機能を有しており、充電開始時には電圧測定センサ３３からの信号Ｓ１２が充電情報制御処理部８４に入力される。第一の蓄電手段１５の出力電圧（開放電圧）が所定範囲にある場合は、充電情報処理部８４から車両５０の急速充電が可能である旨の信号Ｓ５が開閉手段３０の開閉制御部３２に出力される。

図３に示すように、車両５０には、ロックセンサ７１と、運転起動確認センサ７２と、パーキングブレーキセンサ７３と、充電量表示計７４と、充電終了アラーム７５が設けられている。ロックセンサ７１は、充電プラグ３６が車両５０の充電コネクタ６５に接続されたことを確認する機能を有している。充電開始前には、ロックセンサ７１からの信号Ｓ１１が充電情報制御処理部８４に入力される。運転起動確認センサ７２は、車両５０の起動を確認する機能を有している。充電開始前には、運転起動確認センサ７２からの信号Ｓ１３が充電情報制御処理部８４に入力される。パーキングブレーキセンサ７３は、充電時に車両５０が移動しないようにパーキングブレーキが動作していることを確認する機能を有している。充電開始前には、パーキングブレーキセンサ７３からの信号Ｓ１４が充電情報制御処理部８４に入力される。充電量表示計７４は、第二の蓄電手段８５の残存電力量を表示する機能を有している。車両５０の充電中は、充電情報制御処理部８４から信号Ｓ１８が充電量表示計７４に出力される。

充電終了アラーム７５は、第二の蓄電手段８５が満充電に到達したことを運転者８８に知らせる機能を有する。充電時には、第二の蓄電手段８５へ流れる充電電流が電流センサ７６によって測定され、電流センサ７６からの信号Ｓ１６に基づき第二の蓄電手段８５が満充電に到達したか否かが充電情報処理部８４によって判断される。第二の蓄電手段８５が満充電に到達していると判断された場合は、充電情報制御処理部８４から信号Ｓ１９が充電終了アラーム７５に出力される。充電終了アラーム７５は、無線により運転者８８が所有する携帯電話機８９に充電が終了した旨を通報する機能を有する。充電中に車両５０に充電機能に異常が確認された場合は、充電情報制御処理部８４から信号Ｓ２０が開閉手段３０の開閉制御部３２に出力され、開閉器３１の遮断動作により車両５０の充電が中止される。充電終了した旨の通報は、携帯電話機８９に限られず車両専用の通信手段等によって行う構成としてもよい。なお、車両５０の急速充電中には、注意喚起のために例えば警報音を断続して発生させることが望ましい。

図６は、第一の電動式移動体としての車両５０の充電系統を冷却するための冷却ユニット６０の構成を示している。冷却ユニット６０は、電子冷却素子６１と、モーター６２と、ファン６３を有している。ファン６３は、モーター６２によって回転駆動され、電子冷却素子６１の冷却面にむけて送風するようになっている。電子冷却素子６１は、ペルチェ効果を利用したものであり、第一の蓄電手段１５からの直流電力で動作する。車両５０の充電系統における発熱しやすい部位には、第一の温度センサ７７および第二の温度センサ７８が設けられている。第一の温度センサ７７は、第二の蓄電手段８５の温度を検出する機能を有する。第二の温度センサ７８は、パワー制御部８１の温度を検出する機能を有する。第一の温度センサ７７および第二の温度センサ７８からの信号Ｓ１５は、充電情報処理部８４に入力されている。充電情報処理部８４は、車両５０の充電系統の特定箇所の温度が所定値よりも上昇した場合は、温度制御ユニット８３に信号Ｓ１７を出力するようになっている。温度制御ユニット８３は、充電情報処理部８４からの信号Ｓ１７に基づき、開閉手段３０からの直流電力を冷却ユニット６０に供給するようになっている。

パワー制御部８１は、急速充電時に第一の蓄電手段１５から供給される大電力を制御することから、半導体素子の温度が上昇する可能性がある。また、第二の蓄電手段８５を構成するリチウムイオン電池は、収納スペースとの関係で密集した状態で収納されることから、急速充電時には温度が上昇する可能性がある。そのため、パワー制御部８１および第二の蓄電手段８５は、急速充電により温度が所定値よりも上昇した際は、冷却ユニット６０からの冷風により強制冷却される。特に高温となりやすいパワー制御部８１の半導体素子の冷却能力を高めるためには、電子冷却素子６１をパワー制御部８１に直に取付ける構造を採用してもよい。なお、本実施の態様では、電子冷却素子６１を用いた冷却構造を採用しているが、第一の蓄電手段１５から供給される電力を利用するものであれば、電子冷却素子６１に限られず、ラジエータと電動ファンを組み合わせた冷却構造であってもよいし、熱交換器によって強制冷却された空気を利用する冷却構造であってもよい。

図１０は、第一の据置型急速充電器１１の詳細を示している。第一の据置型急速充電器１１は、入力側電流検出センサ１１ａと、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂと、三相交流電力制御部１１ｃと、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄと、直流電力制御部１１ｅと、出力側電流検出センサ１１ｆと、操作部１１ｇと、通信部１１ｈと、表示部１１ｉと、回路制御部１１ｊと、切替スイッチ１１ｋとを有している。入力側電流検出センサ１１ａは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの入力側に設けられており、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂに入力される電流値などを検出する機能を有している。ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、電源１からの商用交流電力を直流電力に変換する機能を有している。三相交流電力制御部１１ｃは、入力側電流検出センサ１１ａからの信号に基づき、入力電流の高調波抑制、力率改善などを行う。第一の据置型急速充電器１１は、交流電力を直流電力に変換し、かつ各種蓄電手段の充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御可能であるので、急速充電制御手段を搭載しない第二の電動式移動体としての各車両５３〜５５を急速充電することが可能な既存の急速充電器を利用することができ、既存の急速充電器の有効活用が図れる。

切替スイッチ１１ｋは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂとＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄとの間に設けられている。この実施の形態１では、切替スイッチ１１ｋは、有接点を有する機械的な切替え構成としているが、半導体を用いた無接点方式の切替え構成としてもよい。切替スイッチ１１ｋは、第一の固定接点ａと、第二の固定接点ｂと、可動接点ｃから構成されている。可動接点ｃは、図１０に示すように、回路制御部１１ｊからの信号Ｓ４３に基づき第一の固定接点ａと第二の固定接点ｂのいずれか一方と接触可能となっている。切替スイッチ１１ｋのＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの出力側に設けられた第一の固定接点ａは、可動接点ｃを介してＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄの入力側と接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄは、絶縁トランス型ＤＣ−ＤＣコンバータから構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄは、スイッチング素子を用いて直流電圧を別の直流電圧に変換する機能を有している。直流電力制御部１１ｅは、出力側電流検出センサ１１ｆからの信号に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄの出力電圧および充電電流の制御を行う。

操作部１１ｇは、急速充電の開始操作や充電停止などを人力によって入力する部位であり、第一の据置型急速充電器１１の外面側に配置されている。表示部１１ｉは、操作に必要な表示や充電に関する数値などを例えば液晶表示によって表示する機能を有している。通信部１１ｈは、例えばＣＡＮ方式のインターフェースから構成されており、急速充電制御手段８０が搭載されていない車両５３との情報交換を行う機能を有している。回路制御部１１ｊは、開閉手段３０からの信号Ｓ４０や通信部１１ｈからの信号などに基づき、切替スイッチ１１ｋと電力供給スイッチ１２０をそれぞれ制御する機能を有する。第一の据置型急速充電器１１における各部は、点線で示す制御回路を介して相互に接続されており、各部からの信号に基づき所定の動作をするようになっている。

第一の据置型急速充電器１１の切替スイッチ１１ｋにおける第二の固定接点ｂは、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５の出力側と電力供給回路１１１を介して接続されている。これにより、第一の蓄電手段１５から出力される直流電力は、切替スイッチ１１ｋの可動接点ｃを介してＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄの入力側に入力可能となっている。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄは、切替スイッチ１１ｋの切替動作に基づき、第一の蓄電手段１５からの直流電力を第二の電動式移動体である車両５３の急速充電に適合した電力に変換することが可能となっている。また、電力供給回路１１１には、電力供給スイッチ１２０が接続されている。電力供給スイッチ１２０には、直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統に供給するインバータ１２１が接続されている。インバータ１２１は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）などを用いたパワー半導体を有しており、電力変換効率が著しく高められている。電力供給スイッチ１２０は、回路制御部１１ｊからの信号Ｓ４４に基づいて、開閉動作するようになっている。電力供給スイッチ１２０が閉じた状態では、インバータ１２１は第一の蓄電手段１５からの直流電力をスイッチング素子を利用して商用電力系統の周波数に適合した交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統に供給するようになっている。切替スイッチ１１ｋと電力供給スイッチ１２０とは、インターロック回路によって一定の条件で動作するようになっており、電力供給スイッチ１２０がオンの状態では、切替スイッチ１１ｋの可動接点ｃは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂ側の固定接点ａのみと接触するようになっている。また、切替スイッチ１１ｋの可動接点ｃが固定接点ｂと接触している状態では、電力供給スイッチ１２０はオンまたはオフとなる。

図１に示すように、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５には、複数の第二の据置型急速充電器１１´が接続されている。第二の据置型急速充電器１１´は、第一の蓄電手段１５から供給される直流電力を、第二の電動式移動体である各車両５３〜５５にそれぞれ搭載された車載型蓄電手段８５ｃ〜８５ｅの急速充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御する機能を有している。第二の据置型急速充電器１１´は、共用化を図るため例えば第一の据置型急速充電器１１と同一規格および同一容量を有する充電器から構成されている。図１１は、第二の据置型急速充電器１１´の概要を示している。図１１に示すように、第二の据置型急速充電器１１´の構成は、図１０の第１の据置型急速充電器１１に準じるが、第二の据置型急速充電器１１´には、第一の蓄電手段１５からの直流電力が直接入力されることから、整流機能を有していない。すなわち、第二の据置型急速充電器１１´では、図１０に示す第１の据置型急速充電器１１に対し、整流のためのＡＣ−ＤＣコンバータ１１ｂと三相交流電力制御部１１ｃが不要となっており、第一の据置型急速充電器１１を一部改造することにより、第二の据置型急速充電器１１´を容易に得ることができる。各第二の据置型急速充電器１１´は、接続される各車両５４、５５との間で充電情報に関する通信を行うことにより、第一の蓄電手段１５からの直流電力を、各車両５３〜５５に搭載された車載型蓄電手段としての第二の蓄電手段８５ｃ〜８５ｅの急速充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御するようになっている。

第一の据置型急速充電器１１と据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５との間には、給電制御手段１２が設けられている。給電制御手段１２は、第一の蓄電手段１５から出力される直流電力による第一の電動式移動体としての各車両５０〜５２の各車載型蓄電手段である第二の蓄電手段８５〜８５ｂの充電時と、第一の蓄電手段１５から出力される直流電力による第二の据置型急速充電器１１´を介して行われる第二の電動式移動体としての車両５３〜５５の車載型蓄電手段である第二の蓄電手段８５ｃ〜８５ｅの充電時には、第一の据置型急速充電器１１からの第一の蓄電手段１５への給電を中止する機能を有している。すなわち、給電制御手段１２は、第一の電動式移動体である車両５０〜５２側から出力される給電停止信号Ｓ７Ａまたは第二の電動式移動体５３〜５５側から出力される給電停止信号Ｓ７Ｂに基づき、第一の据置型急速充電器１１からの第一の蓄電手段１５への給電を中止するようになっている。

図１２は、急速充電ステーションの一例を示しており、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５を含むシステムの構成機器類を国際規格の海上コンテナ２００に収納した状態を示している。海上コンテナ２００は、アルミニウム合金または鉄などの材料をリベットや溶接などで接合して所定の大きさに形成したものであり、例えば２０フィートまたは４０フィートの長さのものが利用される。この実施の形態１における海上コンテナ２００は、内部が蓄電池を用いた電力貯蔵に適した構造に改造されており、コンテナ内は年間を通して最適な温度に保たれている。海上コンテナ２００は、大きさが国際規格で規定されていることから取扱いに優れ、世界のどこへでも船舶やトレーラなどによって容易に運搬することができ、流通の面で非常に便利である。海上コンテナ２００には、図１に示すように、急速充電用電力供給システム１０を構成する機器類のうち、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５を含む二点鎖線で囲んだ装置類が収納されている。すなわち、海上コンテナ２００内には、少なくとも第一の据置型急速充電器１１と、給電制御手段１２と、第一の蓄電装置１５と、容量判定手段９３とを含む各種機器類が収納可能となっている。図１２に示すように、海上コンテナ２００の外側には、複数の第二の据置型急速充電器１１´と複数の充電スタンド２１が配置されている。海上コンテナ２００に対する装置類の出し入れおよび点検時の入退出は、ドア２０１を介して行われる。海上コンテナ２００には、第三者による海上コンテナ２００内への無断侵入などを防止するための監視装置（図示略）が設けられている。監視装置による急速充電用電力供給システム１０の監視情報は、インターネットを介して遠隔地にある中央監視センタへ送信可能となっている。また、海上コンテナ２００には、落雷から各機器類を保護するための避雷器（図示略）が設けられている。さらに、海上コンテナ２００の屋根などの外面に、太陽電池（図示略）を取付けることにより、太陽電池からの電力を自律電源として用いることができる。

本発明の急速充電用電力供給システム１０で充電可能な車両は、原動機としてモーターを使用するものであり、車両の概念には、図１の乗用車タイプの車両５０の他に、スポーツカー５１と、バス５２と、トラック５３が含まれる。さらに、急速充電対象の車両には、これ以外に搬送車、鉄道車両、路面電車、モノレール、建設車両、フォークリフト等も含まれる。車両の種類により第二の蓄電手段のセル個数、容量等が異なることから、スポーツカー５１では車両５０と異なる第二の蓄電手段８５ａが搭載されている。バス５２には第二の蓄電手段８５ｂが搭載されており、トラック５３には第二の蓄電手段８５ｃが搭載されている。スポーツカー５１は、第二の蓄電手段８５ａに適合した充電制御機能を有しており、バス５２は、第二の蓄電手段８５ｂに適合した急速充電制御機能を有している。同様に、トラック５３は第二の蓄電手段８５ｃに適合した急速充電制御機能を有している。

つぎに、実施の形態１における電動式移動体の急速充電方法について説明する。図７は、給電制御手段１２おける制御の動作手順を示している。図７において、ステップ１５１では、第一の電動式移動体としての車両５０についての充電要求があるか否か判断される。ステップ１５１にて車両５０についての充電要求があると判断された場合は、ステップ１５２に進み、開閉手段３０から信号Ｓ７Ａが給電制御手段１２に出力され、第一の据置型急速充電器１１からの直流電力の第一の蓄電手段１５への供給が停止される。ステップ１５１にて車両５０についての充電要求がないと判断された場合は、ステップ１５３に進み、第一の据置型急速充電器１１からの直流電力の第一の蓄電手段１５への供給が継続される。第一の据置型急速充電器１１から第一の蓄電手段１５への電力供給が停止された状態では、第一の蓄電手段１５からのみの直流電力による車両５０の充電が可能となる。なお、上述したように、給電制御手段１２は、第一の蓄電手段１５の残存容量が所定値以下であると容量判定手段９３によって判定された場合は、車両５０からの充電要求があっても、第一の蓄電手段１５への給電を継続するようになっている。

図８および図９は、急速充電制御手段８０を搭載した電動式移動体の急速充電方法における充電開始から充電終了までの動作手順を示している。第一の電動式移動体としての車両５０が充電ステーションに到着すると、空いている充電スタンド２１の近傍に車両５０は停車する。充電を開始する前には、車両５０の運転スイッチ（図示略）がオフとされ、パーキングブレーキ（図示略）の動作により車両５０は停車位置に固定される。その後、ステップ１６１に示すように、充電スタンド２１のカード読取器２３に充電カード（図示略）が挿入される。充電カードは、現金と同じ機能を有し、カード読取器２３に充電カードを挿入することで車両５０の充電開始が可能となる。つぎに、ステップ１６２に進み、充電スタンド２１に保持されている充電ケーブル３５が取外され、充電ケーブル３５の先端部の充電プラグ３６が車両５０の充電コネクタ６５に装着される。充電プラグ３６の装着は、充電プラグ３６を充電コネクタ６５に押し込むことにより行われる。充電プラグ３６に完全に装着されたことは、充電回路２０Ａが車両５０に接続されたことを意味する。充電プラグ３６の装着は、車両５０側のロックセンサ７１により確認される。

充電プラグ３６の装着が完了すると、ステップ１６３に進み、充電スタンド２１の充電開始スイッチ２４がオンとされる。つぎに、ステップ１６４に進み、第一の据置型急速充電器１１から第一の蓄電手段１５への電力供給が停止される。この状態では、第一の据置型急速充電器１１と第一の蓄電手段１５が電気的に切り離されたことになり、第一の蓄電手段１５のみからの電力供給による車両５０の充電が可能となる。第一の蓄電手段１５への電力供給が停止されると、ステップ１６５に進み、車両５０の充電開始条件が全て確認されたか否かが判断される。すなわち、ステップ１６５においては、各ロックセンサ７１からの信号Ｓ１１と、電圧測定センサ３３からの信号Ｓ１２と、運転起動確認センサ７２からの信号Ｓ１３と、パーキングブレーキセンサ７３からの信号Ｓ１４が入力されているか否か判断される。ステップ１６５において、充電開始条件確認が完了したと判断された場合は、ステップ１６６に進み、充電回路２０Ａの開閉器３１がオンとされ、ステップ１６７で車両５０の充電が開始される。

つぎに、車両５０の充電が開始されると、図９のステップ１６８に進み、充電系統の温度が上昇しているか否か判断される。ステップ１６８で充電系統の温度が所定値よりも上昇していると判断された場合は、ステップ１６９に進み、冷却ユニット６０によるパワー制御部８１および第二の蓄電手段８５の冷却が行われる。ステップ１６８において、充電系統の温度が正常であると判断された場合は、ステップ１７０に進み、充電系統の充電制御機能等に異常があるか否か判断される。ステップ１７０で充電制御機能等に異常があると判断された場合は、ステップ１７４に進んで開閉器３１がオフとされ、充電が中止される。ステップ１７０において、充電制御機能等に異常がないと判断された場合は、ステップ１７１に進む。ステップ１７１において、車両５０の充電を強制的に終了させたい場合は、ステップ１７８に進み、充電強制停止スイッチ２５がオンとされる。充電強制停止スイッチ２５をオンにすると、ステップ１７４に進んで開閉器３１がオフとされ、充電が中止される。充電の強制終了は、充電のための時間等が限られている場合に有効であり、充電スタンド２１の表示部２６に表示された充電電流値を参考に充電停止のタイミングを選択することができる。なお、本実施の形態１では、充電系統の温度上昇を検知してから冷却ユニット６０を動作させる構成としているが、充電系統の冷却が自然放熱のみで不十分である場合は、充電開始前または充電開始と同時に冷却ユニット６０を動作させる構成としてもよい。

ステップ１７１において、車両５０の充電を終了させる必要がない場合は、ステップ１７２に進み、充電が継続される。ステップ１７３では、第二の蓄電手段８５が満充電に到達したか否か判断される。この判断は、第二の蓄電手段８５における充電電流の測定値に基づき判断される。すなわち、第二の蓄電手段８５が満充電に到達したか否かは、電流センサ７６からの信号Ｓ１６に基づき充電情報処理部８４によって判断される。ステップ１７３において、第二の蓄電手段８５が満充電に到達したと判断された場合は、ステップ１７４に進んで開閉器３１がオフとされ、充電が終了される。つぎに、充電プラグ３６が車両５０の充電コネクタ６５から取外される。充電が終了した状態では、充電スタンド２１の表示部２６に、充電電力量および充電料金が表示される。その後、ステップ１７７に進み、充電スタンド２１のカード読取器２３に挿入されている充電カード（図示略）には充電料金等が電気的に書き込まれ、銀行等への電気料金の支払い手続きがオンラインで行われる。その後、カード読取器２３からの充電カードの取出しが行われる。

このように、第一の蓄電手段１５に貯蔵されている大電力をそのまま第二の蓄電手段８５の充電に利用しているので、短時間での車両５０の充電が可能となる。すなわち、第一の蓄電手段１５は、車両５０の第二の蓄電手段８５の電力貯蔵能力に対して例えば数百倍の大電力を貯蔵することが可能であり、第一の蓄電手段１５と車両５０との間には充電制御機能は介在していないので、第一の蓄電手段１５に貯蔵された大電力を電圧および電流を制御せずに車両５０側に直送でき、図１に示すように、大規模な変電設備を必要とすることなく、複数車両の同時急速充電が可能となる。

本発明では、車両５０が急速充電制御手段８０を有しているので、車両５０は第一の蓄電手段１５から供給される直流電力を第二の蓄電手段８５の充電に最適な電圧および電流に制御することができる。すなわち、充電制御機能は、第二の蓄電手段８５の寿命等に非常に影響するものであり、充電制御手段８０を車両５０に搭載させることにより、第二の蓄電手段８５の充電特性と充電制御機能とをマッチングさせる設計が可能となる。これにより、第二の蓄電手段８５は期待通りの性能を発揮することができ、車両５０の性能を高めることができる。また、車両５０の充電時には、第一の蓄電手段１５は、給電制御手段１２によって商用の交流電源１と接続される据置型急速充電器１１と電気的に切り離された状態となり、第一の蓄電手段１５からのみ車両５０へ電力が供給される。据置型急速充電器１１と電気的に切り離された第一の蓄電手段１５は、純粋直流電力を出力することが可能であり、第一の蓄電手段１５からの直流電力は電圧および電流が制御されずに車両５０に直送されるので、車両５０の電気回路の設計において供給電力のノイズやサージ等をほとんど考慮する必要がなく、高品質の電力が供給されることを前提として車両５０の電気制御回路を設計することができる。したがって、急速充電において車両５０に供給される直流電力については、リップル、ノイズ、サージをほとんど考慮する必要がなく、車両５０の電気制御回路の設計が容易になるとともに、車両５０の電気制御機能の信頼性を高めることができる。

上記は、第一の電動式移動体としての車両５０のみの充電手順について説明しているが、図１に示すように、第一の電動式移動体である車両５０〜５２を同時充電した場合は、第二の蓄電手段８５、８５ａ、８５ｂの容量または充電量が異なるため、各車両が満充電に到達する時間はそれぞれ異なってくる。充電開始当初は、車両５０の充電電流Ｉ１となり、スポーツカー５１の充電電流はＩ２となる。同様に、バス５２の充電電流はＩ３となる。各車両の充電が継続して行われると、充電電流は充電開始当初に比べて著しく低下し、満充電に近くなると充電電流はほとんど流れなくなる。そして、第二の蓄電手段８５ａ、８５ｂが満充電に到達した際は、各車両の充電が自動的に停止される。

なお、冷却ユニット６０は、本実施の態様では充電系統の冷却に用いられているが、電子冷却素子６１は、冷却面だけでなく発熱面も有しているので、車両５０内の温度を調整する機能も有する。したがって、冷却ユニット６０は、充電系統の冷却だけでなく、車両５０内の空調装置としても利用することが可能である。電子冷却素子６１を用いた冷却ユニット６０を空調装置としても使用すれば、従来の空調装置のように冷媒としてのフロンガス等が不要となり、地球環境改善の観点からも望ましい。

つぎに、急速充電制御手段８０を搭載していない第二の電動式移動体としての車両５３〜５５の急速充電について説明する。図１０に示すように、車両５３〜５５は、急速充電制御手段８０および冷却ユニット６０を搭載していない。車両５３〜５５では、急速充電時の充電系統の強制冷却は、車両５３〜５５に搭載されている別の蓄電手段（図示略）からの電力を利用して、電動ファン（図示略）などによって行われる。

図１１は、急速充電制御手段８０を搭載していない第二の電動式移動体としての車両５３〜５５のうち、例えば車両５３の第二の据置型急速充電器１１´を用いた急速充電を示している。車両５３への充電プラグ１１０の装着が完了すると、図１１に示すように、車両５３が第一の充電回路２０Ａを介して第二の据置型急速充電器１１´側に接続された状態となる。これにより、車両５３と第二の据置型急速充電器１１´との間での通信が可能となる。つぎに、第二の据置型急速充電器１１´の操作部１１ｇの充電開始ボタン（図示略）が押される。第二の据置型急速充電器１１´は、充電開始ボタンが押された場合は、車両５３に対しての出力可能な範囲などのステータスを送信し、充電許可を求める。車両５４は、第二の据置型急速充電器１１´のステータスが充電開始条件を満たすことを確認し、充電許可信号を送出する。車両５３は、車載型蓄電手段である第二の蓄電手段８５ｃの状態に応じて、最適な充電電流を決定し、電流指令を送出する。つぎに、第二の据置型急速充電器１１´は、電流指令にしたがって充電電流を出力する。このように、第二の据置型急速充電器１１´は、逐次車載型蓄電手段である第二の蓄電手段８５ｃの状態に応じて最適な充電電流を決定し、電流指令を送出することにより、第二の蓄電手段８５ｃの急速充電を実行する。そして、車両５３が充電完了を判断した場合、または操作者が操作部１１ｇの充電終了ボタン（図示略）を押すことにより、急速充電が終了することになる。

このように、急速充電用電力供給システム１０は、図１に示すように、据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５から供給される直流電力により、第一の電動式移動体としての車両５０〜５２の急速充電を行うことができるとともに、据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５から第二の据置型急速充電器１１´を介して供給される直流電力により、第二の電動式移動体としての車両５３〜５５を急速充電することができる。これにより、充電方式が異なる第一の電動式移動体と第二の電動式移動体が混在して使用される交通社会が実現した場合であっても、混乱を招くことなく円滑に各電動式移動体の急速充電を行うことができる。

また、据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５から出力される直流電力による第一の電動式移動体としての車両５０〜５２または第二の電動式移動体としての車両５３〜５５の充電時には、給電制御手段１２によって第一の据置型急速充電器１１からの据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５への給電を中止するので、電源が商用交流電源である場合は、電力会社の送配電系統に大きな負担をかけることなく、第一の蓄電手段１５に貯蔵された電力のみを利用して第一の電動式移動体である車両５０〜５２および第二の電動式移動体である車両５３〜５５の急速充電が可能となる。したがって、各電動式移動体である車両５０〜５５の急速充電時には、各電動式移動体５０〜５５が急速充電に必要とする最大限の電力を据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５から一気に各車両５０〜５５に供給することができ、車両５０〜５５の超高速充電が可能となる。これにより、電動式移動体である各車両５０〜５５をガソリン自動車の給油時間と同程度の時間で急速充電することが可能となり、充電待ち時間を短縮することができるとともに、充電設備の利用回転効率を高めることができる。

据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５は、廃車の対象とされる電動式移動体に搭載されている車載型蓄電手段を再利用したもので構成されるので、据置型蓄電手段の大幅なコスト低減によるシステム全体のコスト低減が可能となり、急速充電のインフラ整備の促進が図れる。また、急速充電用電力供給システム１０を構成する機器類のうち少なくとも据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５は、国際規格の海上コンテナ２００内に収納された状態で運搬および運用されるので、重量物でありシステムのうちの多くの容積を占める第一の蓄電手段１５の国内外への運搬が便利となり、現地での据付作業および運用開始のための作業が容易となる。そして、第二の据置型急速充電器１１´は、第一の据置型急速充電器１１と同一規格で同一の容量を有する充電器から構成されているので、第一の据置型急速充電器１１と第二の据置型急速充電器１１´との間で互換性をもたせることができ、保守が容易となるとともに、システムにおける急速充電器の予備品の種類を抑制することができ、保守費用を低減することが可能となる。

据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５には、図１に示すように、複数の第１の電動式移動体としての車両５０〜５２が接続可能であるので、第一の電動式移動体である車両５０〜５２を同時に急速充電することができ、車両５０〜５２の充電待ち時間を解消することができる。同様に、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５には、複数の第二の据置型急速充電器１１´が接続されているので、複数の第二の電動式移動体である車両５３〜５５を同時に急速充電することができ、急速充電制御手段８５を搭載しない車両５３〜５５の場合でも充電待ち時間を解消することができる。

図１０に示すように、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５には、直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統に供給するインバータ１２０が接続されているので、第一の蓄電手段１５に貯蔵された電力を商用電力系統に供給することが可能となり、電力負荷の平準化を図ることができる。また、インバータ１２０は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）などを用いたパワー半導体を用いて電力変換を行うので、電力変換効率が著しく高められ、電力変換時における電力損失を大幅に低減することができる。

（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２を示しており、再生可能エネルギーを利用した電力を用いた急速充電に適用した場合を示している。実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、急速充電に用いる電源の相違であり、その他の部分は実施の形態１に準ずるので、準じる部分に実施の形態１と同一の符号を付すことにより、準じる部分の説明を省略する。後述する他の実施の形態についても、同様とする。

風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した発電は、発電に際しＣＯ_２を排出しないことから、環境に優れている。しかし、風力発電や太陽光発電は天候の影響を受けやすく、出力変動が大きいため、電力系統との連携が難しいという問題を有している。実施の形態３においては、出力変動が大きい風力発電機５や太陽電池６からの電力を据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５に貯蔵し、貯蔵された電力を利用して電動式移動体としての車両５０〜５５の急速充電を行うものである。第一の蓄電手段１５については、供給される電力が大きく変動することを考慮して、最も適した種類を選定するのが望ましい。また、図１３に示すように、第一の据置型急速充電器１１に入力される電力は、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用して発電された電力に限られず、化石燃料を改質して得られた水素によって動作する燃料電池７で発電された電力を用いる構成としてもよい。

このように構成された実施の形態２においては、出力変動が大きい風力発電機５や太陽電池６からの電力を据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５に貯蔵できるので、貯蔵された電力を利用して各種車両５０〜５５の急速充電が可能となる。従来から風力発電や太陽光発電の利用価値を高めるために、出力変動の大きな風力発電や太陽光発電による電力を電力貯蔵用蓄電池に貯蔵し、電力系統との連携のために電力負荷の平準化を行うことが計画されているが、平準化のためのみに電力貯蔵用蓄電池を用いることは発電コストが高くなり、再生可能エネルギーの利用促進を妨げる一因となっていた。そこで、実施の形態３のように、風力発電機５や太陽電池６からの電力を第一の蓄電手段１５に貯蔵し、各種車両５０〜５５の急速充電に使用することにより、出力変動が大きいという再生可能エネルギーによる発電の欠点を補うことが可能となり、太陽光や風力などの再生可能エネルギーの利用促進を図ることができる。

（実施の形態３）
図１４および図１５は、本発明の実施の形態３を示している。実施の形態３が実施の形態１と異なるところは、第一の据置型急速充電器１１における電力供給切替手段１１ｍの有無のみである。実施の形態３においては、急速充電制御手段８０を搭載していない第二の電動式移動体としての車両５３〜５５の急速充電は、第一の蓄電手段１５と第二の据置型急速充電器１１´を用いることなく、第一の据置型急速充電器１１のみを用いて急速充電を行うことが可能となっている。

図１４に示すように、第一の据置型急速充電器１１の出力側には、電力供給切替手段１１ｍが接続されている。この実施の形態３においては、図１５に示すように電力供給切替手段１１ｍは、第一の据置型急速充電器１１と一体化されている。電力供給切替手段１１ｍは、第一の固定接点ａと、第二の固定接点ｂと、可動接点ｃから構成されている。電力供給切替手段１１ｍの可動接点ｃは、図１５に示すように、回路制御部１１ｊからの信号Ｓ４２に基づき第一の固定接点ａと第二の固定接点ｂのいずれか一方と接触可能となっている。電力供給切替手段１１ｍの第一の固定接点ａ側は、給電制御手段１２を介して第一の蓄電手段１５と接続されている。給電制御手段１２は、前述したように開閉手段３０からの信号Ｓ７Ａおよび第二の据置型急速充電器１１´からの信号Ｓ７Ｂに基づき第一の据置型急速充電器１１から出力される直流電力の第一の蓄電手段１５への供給を停止する機能を有している。

図１５に示すように、回路制御部１１ｊは、開閉手段３０からの信号Ｓ４０および通信部１１ｈを介して車両５３からの信号Ｓ４１を受け取り、この信号Ｓ４０および信号Ｓ４１に基づき電力供給切替手段１１ｍに回路切替のための信号Ｓ４２を出力するようになっている。すなわち、電力供給切替手段１１ｍは、車両５３の充電時を除き、据置型急速充電器１１からの電力を第一の充電回路２０Ａ側にのみ供給する機能を有している。この実施の形態３では、電力供給切替手段１１ｍは、有接点を有する機械的な切替え構成としているが、半導体を用いた無接点方式の切替え構成としてもよい。電力供給切替手段１１ｍの第一の固定接点ａは、給電制御手段１２の入力側と接続されている。電力供給切替手段１１ｍの第二の固定接点ｂは、第二の電動式移動体としての車両５３を急速充電するための第二の充電回路２０Ｂに接続されている。第二の充電回路２０Ｂは、主として電力線と通信線を有する充電ケーブルから構成されており、充電ケーブルの先端部には、充電プラグ１１０が取付けられている。充電プラグ１１０は、第一の充電回路２０Ａの充電プラグ３６の構成に準じている。第二の充電回路２０Ｂは、通信部１１ｈで受け取った車両５３からの信号Ｓ４１に基づき、車両５３に搭載された第二の蓄電手段８５ｃの急速充電に最適に制御されたＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄからの電力を車両５３側に供給する機能を有している。なお、車両５０側の急速充電制御は、上述したように車両５０に搭載された急速充電制御手段８０によって行われるので、車両５０についてはＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｄによる充電制御は不要となる。

つぎに、実施の形態３における第一の据置型急速充電器１１のみを用いた第二の電動式移動体の急速充電方法について説明する。第一の据置型急速充電器１１のみを用いて第二の電動式移動体である車両５３〜５５の急速充電を行う理由は、車両の充電回数が想定を超えて多くなり、据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５の残存容量が著しく減少して、第一の蓄電手段１５から電力により急速充電が困難な状況が生じる場合があると考えられるからである。

ここでは、第二の電動式移動体のうち例えば車両５３についての第一の据置型急速充電器１１による急速充電について説明する。図１５に示すように、車両５３への充電プラグ１１０の装着が完了すると、車両５３が第二の充電回路２０Ｂを介して据置型急速充電器１１側に接続された状態となる。これにより、車両５３と第一の据置型急速充電器１１との間での通信が可能となる。つぎに、図１５の第一の据置型急速充電器１１の操作部１１ｇの充電開始ボタン（図示略）が押される。第一の据置型急速充電器１１は、充電開始ボタンが押された場合は、車両５３に対しての出力可能な範囲などのステータスを送信し、充電許可を求める。車両５３は、第一の据置型急速充電器１１のステータスが充電開始条件を満たすことを確認し、充電許可信号を送出する。車両５３は、車載型蓄電手段８５ｃの状態に応じて、最適な充電電流を決定し、電流指令を送出する。つぎに、第一の据置型急速充電器１１は、電流指令にしたがって充電電流を出力する。このように、第一の据置型急速充電器１１は、逐次車載型蓄電手段８５ｃの状態に応じて最適な充電電流を決定し、電流指令を送出することにより、車載型蓄電手段８５ｃの急速充電を実行する。そして、車両５３が充電完了を判断した場合、または操作者が操作部１１ｇの充電終了ボタン（図示略）を押すことにより、急速充電が終了することになる。

このように、実施の形態３においては、第一の据置型急速充電器１１と給電制御手段１２との間に電力供給切替手段１１ｍを設けているので、第一の据置型急速充電器１１によって第二の電動式移動体としての車両５３〜５５の車載型蓄電手段である第二の蓄電手段８０ｃ〜８０ｅを直接充電することができ、据置型蓄電手段である第一の蓄電手段１５の残存容量が著しく少なく、第一の蓄電手段１５から電力により急速充電が困難な場合でも、第二の電動式移動体である車両５３〜５５の急速充電が可能となる。

（実施の形態４）
図１６および図１７は、本発明の実施の形態４を示している。実施の形態６における車両５０は、図１６に示すように、急速充電制御手段８０の他に家庭などでの充電を可能にする普通充電器９０を搭載している。普通充電器９０は、車両５０を長い時間（数時間〜数十時間）をかけて充電するものであり、例えば２〜３ＫＷ程度の電力変換能力を有している。普通充電器９０は、交流電源１から供給される電圧１００Ｖまたは２００Ｖの交流電力を第二の蓄電手段８５の普通充電に適した直流の電圧および電流に変換する機能を有している。車両５０は、第二の蓄電手段８５を急速充電または普通充電のいずれかに切替える充電切替え回路９１を有している。

図１９は、一つの充電プラグで急速充電と普通充電のいずれもが可能な「コンボ方式」と呼ばれる共用充電プラグ３６´を示している。共用充電プラグ３６´は、急速充電用接続部３６ａと普通充電用接続部３６ｂを有している。急速充電用接続部３６ａには、大電流を流すことが可能な急速充電用ケーブル３５ａが接続されている。普通充電用接続部３６ｂには、普通充電用ケーブル３５ｂが接続されている。共用充電プラグ３６´には、車両５０と交流電源１側または第一の蓄電手段１５側との間での信号の授受を行う通信ケーブル（図示略）が接続されている。車両５０の充電切替え回路９１は、共用充電プラグ３６´を介して交流電源１側または第一の蓄電手段１５側から車両５０に送られる信号に基づき切替え動作するようになっている。

このように構成された実施の形態４においては、車両５０を急速充電する際には、車両５０に共用充電プラグ３６´を装着し、その後、充電スタンド２１での充電開始の操作を行う。これにより、充電切替え回路９１が急速充電制御手段８０側に切り替わり、第二の蓄電手段８５は急速充電制御手段８０によって制御された直流電力により急速充電が行われる。また、車両５０を普通充電する際には、車両５０の急速充電を行う同じ箇所に共用充電プラグ３６´を装着する。これにより、充電切替え回路９１は交流電源１側に設けられた制御装置（図示略）から送られてくる信号によって普通充電器９０側に切り替わり、第二の蓄電手段８５は普通充電器９０によって制御された直流電力により普通充電が行われる。このように、一つの共用充電プラグ３６´で急速充電と普通充電のいずれもが可能となるので、急速充電と普通充電のための二つの充電プラグを備える場合よりも、充電時の取扱いが容易となり、充電装置置の簡素化も図れる。

以上、この発明の実施の形態１ないし４を詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。上述の実施の形態においては、電動式移動体の一例として車両を対象として説明したが、電動式移動体は、車両、船舶、航空機を含むいわゆる交通機械であり、長距離を移動するものに限られず、移動範囲が少ない建設機械やロボット、フォークリフトなどの産業機械も含まれる。また、図１３に示す燃料電池７に用いられる化石燃料は、液体または気体を問わない。さらに、第一の据置型急速充電器１１に供給される再生可能エネルギー（自然エネルギー）で発電される電力は、風力発電、太陽光発電に限定されず、バイオマス発電、波力や海流などの海洋エネルギー等も含まれることは勿論である。

急速充電用電力供給システム１０は、既存の給油スタンドに併設してもよいし、停電時に備えたバックアップ用の大容量蓄電電池を有する携帯電話基地局などに設ける構成としてもよい。また、本発明は、モーターのみで走行する純粋な電気自動車だけでなく、エンジンとモーターをそれぞれ搭載し、エンジンまたはモーターのみで走行可能なプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）の急速充電にも適用可能である。さらに、急速充電用電力供給システム１０は、据置型蓄電手段としての第一の蓄電手段１５に貯蔵している電力を一気に複数の電動式移動体に供給できることから、例えば充電時間を極力短縮する必要がある電気自動車によるＦ１レースの際の電力供給に、急速充電用電力供給システム１０を用いることも可能となる。

１ 商用交流電源（電源）
５ 風力発電機（電源）
６ 太陽電池（電源）
７ 燃料電池（電源）
１０ 急速充電用電力供給システム
１１ 第一の据置型急速充電器
１１´ 第二の据置型急速充電器
１１ｍ 電力供給切替手段
１２ 給電制御手段
１５ 第一の蓄電手段（据置型蓄電手段）
２０Ａ 第一の充電回路
２０Ｂ 第二の充電回路
２１ 充電スタンド
３０ 開閉手段
３６ 充電プラグ
５０〜５２ 車両（第一の電動式移動体）
５３〜５５ 車両（第二の電動式移動体）
６０ 冷却ユニット
６５ 充電コネクタ
８０ 急速充電制御手段
８５〜８５ｂ 第二の蓄電手段（第一の電動式移動体の車載型蓄電手段）
８５ｃ〜８５ｅ 第二の蓄電手段（第二の電動式移動体の車載型蓄電手段）
９３ 容量判定手段
１２０ 電力供給スイッチ
１２１ インバータ

Claims (9)

1. 急速充電制御手段を搭載した第一の電動式移動体と、前記急速充電制御手段を搭載しない第二の電動式移動体とに、急速充電のための電力をそれぞれ供給することが可能な急速充電用電力供給システムであって、
   電源から供給される電力を、少なくとも前記第二の電動式移動体の車載型蓄電手段の充電を含む各種蓄電手段の充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御可能な第一の据置型急速充電器と、
   前記第一の据置型急速充電器によって充電され、前記第一の電動式移動体および前記第二の電動式移動体に供給するための直流電力を貯蔵可能な据置型蓄電手段と、
   前記据置型蓄電手段に接続され、前記据置型蓄電手段からの直流電力を、前記第二の電動式移動体に搭載された前記車載型蓄電手段の急速充電に最適な電圧および電流となる直流電力に制御可能な第二の据置型急速充電器と、
   前記第一の据置型急速充電器と前記据置型蓄電手段との間に設けられ、前記据置型蓄電手段から出力される直流電力による前記第一の電動式移動体の車載型蓄電手段の充電時と、前記据置型蓄電手段から出力される直流電力による前記第二の据置型急速充電器を介して行われる前記第二の電動式移動体の前記車載型蓄電手段の充電時には、前記第一の据置型急速充電器からの前記据置型蓄電手段への給電を中止する給電制御手段と、
   を備えたことを特徴とする急速充電用電力供給システム。
2. 前記第一の据置型急速充電器と前記給電制御手段との間に設けられ、前記第一の据置型急速充電器からの直流電力を、前記給電制御手段を介して前記据置型蓄電手段に供給するための第一の充電回路と前記第二の電動式移動体の前記車載型蓄電手段を直接充電するための第二の充電回路のいずれかに切替えて供給する電力供給切替手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の急速充電用電力供給システム。
3. 前記据置型蓄電手段は、廃車の対象となる電動式移動体に搭載されていた車載型蓄電手段を再利用したものから構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システム。
4. 少なくとも前記据置型蓄電手段は、国際規格の海上コンテナ内に収納された状態で運搬および運用されることを特徴とする請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システム。
5. 前記第二の据置型急速充電器は、前記第一の据置型急速充電器と同一規格で同一の容量を有する充電器から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システム。
6. 前記据置型蓄電手段には、複数の前記第一の電動式移動体が接続可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システム。
7. 前記据置型蓄電手段には、複数の前記第二の据置型急速充電器が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システム。
8. 前記据置型蓄電手段には、直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を商用電力系統に供給するインバータが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システム。
9. 前記第一の据置型急速充電器に入力される電力は、再生可能エネルギーによって発電された電力であることを特徴とする請求項１または２に記載の急速充電用電力供給システム。

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