JP2019115115A - 蓄電機能を有する電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】系統電力からの電力を受ける整流器を、ダイオードブリッジのみで構成した、蓄電機能を有る電力システムを提供する。【解決手段】直流電源システム１０において、系統電力からの電力を受ける整流回路１と、整流回路に、接続されたリチウムイオン蓄電池２と、太陽光発電装置４とで構成された直流電源供給システムであって、整流回路の端子と、リチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子は、すべて並列接続されて、負荷への電圧供給端子としている。整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、リチウムイオン蓄電池は、整流回路の出力端子の山形形状の脈流電圧を、リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑する機能と、負荷に直流電力を供給する機能とを兼用する。【選択図】図１

Description

本発明は、系統電力を入力とした整流器が、ダイオードブリッジのみで構成され、系統電力の交流電圧を整流して、山形波形の直流電圧を得て、平滑コンデンサーを削除した蓄電機能を有する直流電源、および直流電源システム、ならびにＥＶステーションであって、平滑コンデンサーを削除した代替えとして、リチウムイオン蓄電池に、平滑作用と、負荷への直流電圧の供給を兼用させた構成とし、特に、ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池を活用しており、また、整流器から、平滑コンデンサーを削除したことにより、安全性の向上、および小型化、更に低価格を実現した蓄電機能を有する直流電源、および直流電源システム、ならびにＥＶステーション、あるいは、蓄電機能のリチウムイオン蓄電池に変えて、風力、太陽光などの不安定な再生エネルギーを用いた電気分解による水素製造システム等の、蓄電機能を有する電力システムに関する。

従来、電源システムについては、各種、公開されている。
例えば、特許文献１の直流電源システムには、整流器の出力電圧を変化させることにより、蓄電池の充放電を制御する直流電源システムについて記載されている。

特許文献２の直流電源システムには、整流器の出力電圧を変化させることにより、蓄電池の充放電を制御し、また太陽光発電装置からの出力を制御する直流電源システムについて記載されている。

特許第５４８０３４３号公報 特開２０１６−２２６２０３号公報

従来の直流電源は、整流器の回路構成は、安定した直流電圧を得るために、ダイオードブリッジの出力端子に、平滑コンデンサを接続した回路構成が、必須の要件であった。前記平滑コンデンサの、充電、放電作用によって、ダイオードブリッジ端子での山形波形の電圧を平滑し、安定した一定電圧値の直流電圧を得ていた。特許文献１および特許文献２について、開示されたシステムでの整流器について、整流器の出力電圧と、太陽電池の電圧と、比較して制御していることから、整流器の出力電圧は、平坦な直流電圧と考えられ、従って、従来の特許文献１および特許文献２の整流器は、ダイオードブリッジに、平滑コンデンサを追加して、平坦な直流電圧を得ているものと考えられる。

問題点は、前記平滑コンデンサが、高価であり、システムの価格を上昇させる要因であり、また、装置の稼働時、および装置の電源ＯＦＦ時の、いずれの場合においても、万が一、前記平滑コンデンサーの＋端子と−端子が、ショートした場合に、火花が発生する、感電する等の、危険が及ぶという問題点があった。更に、平滑コンデンサは、高さ方向の寸法が大であり、容積が大きく、装置に占める容積の比率が高く、装置の小型化への、障害となっていた。

本発明の課題は、安全性の向上、および小型化を実現し、更にコストを削減した、また蓄電機能を有する直流電源、および直流電源システム、ならびにＥＶステーションおよび風力、太陽光などの不安定な再生可能エネルギーを用いた電気分解による高効率水素製造システム等の、蓄電機能を有する電力システムを得ることである。

本発明の蓄電機能を有する電力システムは、系統電力からの電力を受ける整流器を、ダイオードブリッジのみで構成し、整流器の出力端子での山形電圧を平滑する作用を、システム内に接続されたリチウムイオン畜電池の放電電流にて行わせるか、あるいはシステム内に、外部から電源ケーブルによって接続されたＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車のリチウムイオン畜電池からの放電電流にて行わせることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る蓄電機能を有する直流電源は、系統電力からの電力を受ける整流回路と、前記整流回路の出力端子と、並列に接続されたリチウムイオン蓄電池とで構成された蓄電機能を有する直流電源であって、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする蓄電機能を有する直流電源である。

本発明のの請求項２に係る蓄電機能を有する直流電源は、前記リチウムイオン蓄電池は、ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池が、前記蓄電機能を有する直流電源の出力端子と、インターフェイスにより電気的に接続されて、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする請求項１記載の蓄電機能を有する直流電源である。

本発明の請求項３に係る直流電源システムは、系統電力からの電力を受ける整流回路と、
前記整流回路に、接続されたリチウムイオン蓄電池と、風力発電装置や太陽光発電装置とで構成された直流電源供給システムであって、前記整流回路の端子と、リチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子は、インターフェイスにより、すべて並列接続されて、負荷への電圧供給端子としており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、
前記リチウムイオン蓄電池は、整流回路の出力端子の山形形状の脈流電圧を、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑する機能と、前記負荷に直流電圧を供給する機能とを兼用することを特徴とする直流電源システムである。

本発明の請求項４に係る直流電源システムは、前記リチウムイオン蓄電池が、ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池であって、前記直流電源システムの出力端子と、電気的に接続されて、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする請求項３記載の直流電源システムである。

本発明の請求項５に係るＥＶステーションは、系統電力からの電力を受ける整流回路と、
前記整流回路に接続された車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池と、風力発電装置や太陽光発電装置とで構成されたＥＶステーションであって、前記整流回路の端子と、車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子とは、インターフェイスにより、すべて並列に接続されており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池は、前記整流回路からの脈流電圧を、放電電流により平滑する機能と、前記負荷に直流電流を供給する機能とを兼用することを特徴とするＥＶステーションである。

本発明の請求項６に係るＥＶステーションは、前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池は、ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池であって、前記ＥＶステーションの出力端子と、電気的に接続されて、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする請求項５記載のＥＶステーションである。

本発明の請求項７に係る直流電力供給システムは、請求項５または６記載のＥＶステーションを、複数個配置して、各ＥＶステーションを、各々並列連結して構成し、各負荷に直流電力を供給することを特徴とする直流電力供給システムである。

本発明の請求項８に係る電気分解による水素製造システムは、請求項３または４記載の直流電源システムから得られる直流電力、あるいは請求項５または６記載のＥＶステーションから得られる直流電力を用いて、電気分解による水素製造を行うことを特徴とする
風力、太陽光などの不安定な再生可能エネルギーを用いた電気分解による水素製造システムである。水素製造システムは、電気を水素の形で蓄える蓄電機能とみなせる。よって、必要に応じて燃料電池自動車の燃料として供給したり、燃料電池を用いて電力システムに戻すことが可能である。

本発明の請求項９に係る直流電源システムは、系統電力からの電力を受ける整流回路と、
前記整流回路に、接続された車の廃蓄電池と、風力発電装置や太陽光発電装置とで構成された直流電源供給システムであって、前記整流回路の端子と、リチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子は、インターフェイスにより、すべて並列接続されて、負荷への電圧供給端子としており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、前記リチウムイオン蓄電池は、整流回路の出力端子の山形形状の脈流電圧を、前記車の廃蓄電池から流れる放電電流によって、平滑する機能と、前記負荷に直流電圧を供給する機能とを兼用することを特徴とする直流電源システムである。

本発明の請求項１０に係るＥＶステーションは、系統電力からの電力を受ける整流回路と、
前記整流回路に接続された車両に搭載された車の廃蓄電池と、風力発電装置や太陽光発電装置とで構成されたＥＶステーションであって、前記整流回路の端子と、車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子とは、インターフェイスにより、すべて並列に接続されており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、前記車の廃蓄電池は、前記整流回路からの脈流電圧を、放電電流により平滑する機能と、前記負荷に直流電流を供給する機能とを兼用することを特徴とするＥＶステーションである

本発明の請求項１の蓄電機能を有する直流電源によれば、安全性の向上、および小型化を実現し、更にコスト削減した蓄電機能を有する直流電源を得ることができる。

本発明の請求項２の蓄電機能を有する直流電源によれば、リチウムイオン畜電池に、自動車用の蓄電池、特にリチウムイオン畜電池を活用した蓄電機能を有する直流電源を得ることができる。

本発明の請求項３の直流電源システムによれば、安全性の向上、および小型化を実現し、更にコスト削減した直流電源システムを得ることができる。

本発明の請求項４の直流電源システムによれば、リチウムイオン畜電池に、自動車用の蓄電池、特にリチウムイオン畜電池を活用した直流電源システムを得ることができる。

本発明の請求項５のＥＶステーションによれば、安全性の向上、および小型化を実現し、更にコスト削減したＥＶステーションを得ることができる。

本発明の請求項６のＥＶステーションによれば、リチウムイオン畜電池に、自動車用の蓄電池、特にリチウムイオン畜電池を活用したＥＶステーションを得ることができる。

本発明の請求項７の直流電力供給システムによれば、安全性の向上、および小型化を実現し、更にコスト削減した直流電力供給システムを得ることができる。

本発明の請求項８の電気分解による水素製造システムによれば、風力、太陽光などの不安定な再生可能エネルーを用いた、従来よりも、コスト削減した風力、太陽光などの不安定な再生可能エネルギーを用いた電気分解による水素製造システムを得ることができる。

本発明の請求項９の直流電源システムによれば、蓄電容量が劣化した車の廃蓄電池を活用することで、リユース、リサイクルの観点から、経済性を向上することができる。

本発明の請求項１０に係るＥＶステーションによれば、蓄電容量が劣化した車の廃蓄電池を活用することで、リユース、リサイクルの観点から、経済性を向上することができる。

本発明によれば、系統電力からの電力を受ける整流器を、ダイオードブリッジのみで構成し、整流器から、平滑コンデンサーを、削除したことにより、安全性の向上、および小型化を実現し、更にコスト削減した、また蓄電機能を有する直流電源、および直流電源システム、ならびにＥＶステーションおよび風力、太陽光などの不安定な再生可能エネルギーを用いた電気分解による水素製造システム等の、蓄電機能を有する電力システムを実現することができる。

発明の蓄電機能を有する電力システムの効果をまとめると、以下の項目となる。
（A）リチウムイオン畜電池を使用することにより、ダイオードブリッジと組み合わせて、品質の高い電源を得ることができる。
更に、蓄電容量が劣化した車の廃蓄電池（例えば、ハイブリッド車のニッケル水素電池、ＥＶ車の蓄電容量が劣化した蓄電池等）を活用することも可能であり、リユース、リサイクルの観点から、経済性を向上することができる。
（B）平滑用コンデンサーを無くすことができ、直流電源システムの寸法を、縮小することができる。
（C）高価な平滑用コンデンサーを使用しないので、直流電源システムの価格を安くすることが可能となる。
（D）待機電力ロスが軽減される。
（E）平滑用コンデンサーを除去するので、安全性が、向上する。（平滑コンデンサは、
電源ＯＦＦの状態でも、電荷を蓄積しており、ショートなどの場合、危険である。）
（F）システムとして、ＥＶ車のリチウムイオン電池、あるいは車の廃蓄電池を、システムの中に、入れると、
従来の平滑コンデンサの役割を持つ。（ＥＶステーションとしての、効果である。）

実施例１の直流電源システムのブロック図であり、図１（ａ）は、全体図、図１（ｂ）は、整流器の回路図である。 整流器の入出力波形の測定結果である。図２（ａ）は、入力波形、図２（ｂ）は、出力波形である。 本発明のＥＶステーションを現状の太陽光発電システムと連携した場合の模式図。 ＥＶステーションが、エネルギーを集めるためのエネルギーポストとして利用する場合の模式図。 本発明のＥＶステーションを住宅や、ビル、ならびに大型再生可能エネルギーに導入し、ＥＶ車をエネルギー移動媒体として利用した場合の模式図。 本発明のＥＶステーションが、社会に普及した様子を示した模式図。現在の交流電力を基本とする社会に適応した場合。 本発明のＥＶステーションを用いた直流エネルギーシステムへの転換を想定した場合の電気の流れと制御システムに関する模式図。 本発明のＥＶステーションが、社会に普及し、太陽光発電やＥＶ車が直流で連結し、エネルギーロスの少ないシステムを構築した場合の模式図。 ＥＶ車やＦＣＶ車の普及が進み、本発明のＥＶステーションが、直流で、連結したエネルギーシステムの模式図。 発電所からの送電以外は、直流配電になった未来のエネルギーシステムの模式図。 リチウムイオン電池によって、平滑作用を実施している波形観測データ。

本発明の実施の形態による蓄電機能を有する直流電源は、系統電力からの電力を受ける整流回路と、前記整流回路の出力端子と、並列に接続されたリチウムイオン蓄電池とで構成された蓄電機能を有する直流電源であって、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする。

ここで、前記リチウムイオン蓄電池は、通常のリチウムイオン蓄電池でも良いし、ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池が、前記蓄電機能を有する直流電源の出力端子と、電気的に接続されて、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする。

ここで、
基本的にコンデンサーの代替えできるものはすべて利用可能である。しかし、蓄電電圧が高いために体積容量が他の電池に比べ2倍（同じ容量を蓄電するのに小さくて済む）、長寿命、自己放電が無いさらに電池のメモリー効果（途中で充電すると蓄電容量が減少するとう現象）がない、産業面では、EV車の普及によりニッケル水素よりも量産効果で安くなってきているなど、他の蓄電池にない特徴をリチウムイオン電池は持っている。
よって、使用に関し、リチウムイオン電池が好ましい。
多分、入出力スピードから言えば、ニッケル水素も使用可能であるが、、自己放電の問題とメモリー効果の問題、また蓄電電圧が２V以下なので、体積容量が大きくなり、コンパクト化を目指すのであれば、リチウムイオン電池が最適である。鉛やニッカドも使えなくはないが、寿命、自己放電、メモリー効果、入出力スピード、バッテリーの体積や重さ問観点からリチウムイオン電池が最適である。
原理原則は、どのような蓄電池でも利用可能であるが、実用面ではリチウムイオン電池が最良である。
キャパシターについては、コンデンサーの大容量版という認識である。しかし、蓄電池に比べ、蓄電容量が小さいため、大容量の電気を保持することができない事が欠点である。

本発明の実施の形態による直流電源システムは、系統電力からの電力を受ける整流回路と、前記整流回路に、接続されたリチウムイオン蓄電池と、風力発電装置や太陽光発電装置とで構成された直流電源供給システムであって、前記整流回路の端子と、リチウムイオン蓄電池の端子と、太陽光発電装置の端子は、インターフェイスにより、すべて並列接続されて、負荷への電圧供給端子としており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、前記リチウムイオン蓄電池は、整流回路の出力端子の山形形状の脈流電圧を、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑する機能と、前記負荷に直流電力を供給する機能とを兼用することを特徴とする直流電源システムである。

前記リチウムイオン蓄電池は、ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池であって、前記直流電源システムの出力端子と、電気的に接続されて、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されることを特徴とする。

本発明の実施の形態によるＥＶステーションは、系統電力からの電力を受ける整流回路と、前記整流回路に接続された車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池と、風力発電装置や太陽光発電装置とで構成されたＥＶステーションであって、前記整流回路の端子と、車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池の端子と、太陽光発電装置の端子とは、インターフェイスにより、すべて並列に接続されており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池は、前記整流回路からの脈流電圧を、放電電流により平滑する機能と、前記負荷に直流電流を供給する機能とを兼用することを特徴とするＥＶステーションである。

ここで、前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池は、ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池であって、前記ＥＶステーションの出力端子と、電気的に接続されて、前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されることを特徴とする。

本発明の実施の形態による直流電源供給システムは、先の［００３７］［００３８］に記載したＥＶステーションを、複数個配置して、各ＥＶステーションを、各々並列連結して構成し、各負荷に直流電力を供給することを特徴とする直流電源供給システムである。

現在の電力システムの欠点と利点
再生可能エネルギーは直流であるためパワーコンディショナーを利用して交流に混ぜ込んで利用する。また、省エネ機器は全てデジタル家電やインバータ制御の家電製品であるため、再度、交流を直流に変換して利用しなければならない。そのため、変換ロスとして１０％以上のエネルギーの無駄が存在する。このように、現在の電力システムは、再生可能エネルギーを高効率で利用できない。
近年、リチウムイオン電池を搭載したEV車やプラグインハイブリッド（PHV）車が普及しているが、蓄電池は直流であり、ここでも１０％以上の電力ロスが生じている。このように、現代社会に交流電力の利用は、エネルギー損失が大きく、直流化はエネルギーロスによる電力消費を削減し、直流化によりほぼすべての電化製品の消費電力を削減することが可能である。このように直流化は、エネルギー消費の絶対量を下げる最も合理的な近道である。電力システムは変わらないと思われがちであるが、EV車や燃料電池自動車を普及させればスムーズな交流から直流電力システムへの変換が可能になる。世界を先導する脱CO2社会を目指すのであれば、直流化を進めるべきである。
再生可能エネルギーはエネルギー出力が自然に左右されるために不安定である。そのため火力発電が出力変動を調整している。そのため、系統連系では、その安定な電圧と周波数を維持するためには、全使用電力の数％の不安定な再生可能エネルギーしか混ぜ込むことはできないが、本システムの導入により、現在の交流社会においても安定な電圧と周波数を維持しながら再生可能エネルギーを必要なだけ利用することが出来る。

現在のシステムは、メリットもあるが低炭素社会の構築には、再生可能エネルギーの利用効率が悪く、再生可能エネルギーの系統電力に対する割合は１０％以下と考えられるため普及に限界がある。系統電力に対する再生可能エネルギーの割合を増やすためには蓄電池の利用が不可欠であるがコスト高になり現実的でない。
現在のシステムにおいて、系統電力に対する再生可能エネルギーの割合を安価に増やすためには、EVもしくはPHV車の蓄電池を流用する以外実用的なコストでの再生可能エネルギーの安定化は見込めない。ニッサンリーフは、３０ｋWhの高入出力のLIBが搭載されていて４００万円程度で購入できる。基本的には、蓄電池コストをゼロにするため、あくまでもEVやPHV車の電池は、車を動かす機能と、電力を安定化する機能の共用である。車を電力システムに連結し、共用することが出来れば、再生可能エネルギーの安定化に活用できる。また、現状、家庭用に販売されている蓄電システムは、１７〜２５万円/kwhするが、当然、EV車やPHV車に搭載されているLIBの普及が進めば、家庭用の蓄電システムも安くなることは間違いない。

現状で再生可能エネルギーを１００％地産地消するためには、巨大な蓄電池が必要であったり、発電量と負荷の関係を熟知しておく必要がある。特に、家庭という小さな領域で再生可能エネルギーを１００％地産地消するには詳細な検討が必要である。このことからも、再生可能エネルギーを１００％利用するためには、ある程度の広範囲な領域での利用が必要である。しかし、現在の電力法の制約により、広範囲な利用は、許可されていない。このことから、現在の系統連系システムを併用しながら本発明を付加することで、簡単に再生可能エネルギーを中心とする電力システムを構築することができる。

ブリッジ回路のみを用いた交流直流変換によるEVステーションの低コスト化とEVやPHVの蓄電池を活用した安定な直流電力の構築
このように駐車中の車の蓄電池を活用する方法が、（図３）に示す直流連携である。この連携のポイントがEVステーションである。
具体的には、太陽光発電、EV車、直流化した系統電力、さらに、余剰の太陽光発電が生じたときのパワーコンディショナーによる系統連系である。この4つのエネルギーデバイスをエネルイーマネジメントシステムが最適なコントロールを行う必要がある。
具体的に示すと
現在は、再生可能エネルギー、EV車を含め、全てのエネルギーデバイスがAC-DC変換を通して交流電力に連携している。（現在展開されているスマートコミュニティ、スマートグリッドも交流連携になっている）
本システムの狙いは、EVを活用した再生可能エネルギーの効率的利用、CO2削減、安心安全の町づくり、未利用の再生可能エネルギーの活用、エネルギーの地産地消の実現、さらに、低炭素型社会の構築には、モビリティ（EVとFCV）が不可欠
EVステーションの低コスト化（直流電源が無くなることによるコストダウン）、再生可能エネルギーの利用効率が１０％から２０％向上する。AC-DCコンバータがいらなくなる。系統電力の安定化をEV車が行うので、再生可能エネルギー導入の問題が無くなる。（すなわち、再生可能エネルギーをいくらでも系統電力に混ぜ込むことが出来る）EV車、太陽光、蓄電池のみ直流連携(直流負荷を加えることも可能）、蓄電池が電気を安定な電圧の直流にする(単に整流した交流電力も安定した電圧の直流に代わる）

EVステーションの直流連携がポイント（図９）
EVステーションと再生可能ネルギー、そして、ブリッジ回路で整流した系統電力が直流連携した次のステップは、EVステーションを直流連携することである。この直流グリットに大型太陽光発電を連結すれば、メガソーラのEV車による安定化システムが構築できる。
このようになれば、太陽光発電の余剰電力は電気分解で水素に変え、水素ストレージと燃料電池自動車の水素供給ステーションもグリッドに加えることも可能になってくる。
すなわち、EV車が、FCVで必要な水素の安定供給を可能にする。

燃料電池自動車について(図９)
直流グリッドの構築で、不安定な再生可能エネルギーを用いて安定な水の電気分解が可能になる。（電気分解の効率は１００％近い）
また、燃料電池自動車は、直流グリッドに電気を供給できるたため。非常時に直流グリッドに接続された負荷に対する電力確保が可能になる。

超省エネ社会の実現に貢献
最終的に家電製品が直流化になると、電信柱から家庭やビルシステム内の交流配線は必要なくなる。すなわち、EVステーションが電柱の代わりになる社会(図１０)
現在でも家電製品の直流化は可能であるが、系統電力が交流のため、交流入力が基本になり、省エネルギー機器、および低消費電力機器(パソコンや携帯、小型テレビなど) は、ACアダプターを用いた形をとっている。
（実施例１）

図１は、実施例１の直流電源システム１０（点線で囲んだ部分）のブロック図であり、図１（ａ）は、直流電源システム１０のブロック図の全体図であり、図１（ｂ）は、直流電源システム１０のブロック図での、整流器１の回路図である。

図１（ａ）より、直流電源システム１０のブロック図の構成は、請求項に記載した構成であって、系統電力からの電力を受ける整流回路１と、
前記整流回路に、接続されたリチウムイオン蓄電池２と、車のリユースリチウムイオン畜電池３と、太陽光発電装置４とで構成された直流電源供給システム１０であって、
前記整流回路１の端子と、リチウムイオン蓄電池２の端子２、車のリユースリチウムイオン畜電池３の端子と、太陽光発電装置４の端子は、インターフェイス５により、すべて並列接続されて、負荷への電圧供給端子としている。

ここで、前記整流回路１は、ダイオードブリッジのみから構成されており、
前記リチウムイオン蓄電池２および、車のリユースリチウムイオン畜電池３は、整流回路の出力端子の山形形状の電圧を、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑する機能を有し、かつ、前記負荷に安定な電圧で電力を供給する機能も兼用する。
図１（ｂ）は、直流電源システム１０のブロック図での、整流器１の回路図である。
整流器１は、ダイオードブリッジ７のみで、構成されている。
ダイオードブリッジ７は、図１（ｂ）に図示するように、ダイオード７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが、ブリッジを形成するように、配置されている。
この整流回路１にて、入力端子の交流波形（電圧）が、出力端子にて、山形形状の波形（電圧）となり、インターフェイス５に接続される。

図２は、整流器の入出力波形の測定結果である。
図２（ａ）は、整流回路１にて、出力端子の山形形状の電圧波形の測定結果であり
図２（ｂ）は、インターフェイス５での出力端子の平坦な、直流電圧波形の測定結果である。リチウムイオン蓄電池２と、車のリユースリチウムイオン畜電池３からの放電電流によって、図２（ａ）の山形形状の電圧波形が、平滑されて図２（ｂ）の平坦な、直流電圧波形となっている。

交流直流変換に、整流器のダイオードブリッジのみを使うメリットを、以下列記する。
（１）高性能蓄電池に、綺麗な直流電力は、必要ない。
（２）蓄電池が、綺麗な直流電力を作ってくれる。
（３）整流器は、安価であるため、ＥＶステーションに採用すると、高速ＥＶステーションコストが、極めて安価となる。また、待機電力が無視できるようになる。
（４）高出力直流電源は、高価であり、このことが、直流化の費用対効果を悪くしている。整流器（ダイオードブリッジ）は、極めて安価であり（１０００円程度）、一方、高出力直流電源の価格は、整流器（ダイオードブリッジ）の価格に２桁以上の価格である。

ここで、リチウムイオン蓄電池が、最適な蓄電池である理由について、以下記載する。
基本的にコンデンサーの代替えできる蓄電池はすべて利用可能である。しかし、リチウムイオン電池は、他の電池に比べて以下の特徴を持っている。
すなわち、蓄電電圧が高いために体積容量が他の電池に比べ2倍（同じ容量を蓄電するのに小さくて済む）、長寿命、自己放電が無いさらに電池のメモリー効果（途中で充電すると蓄電容量が減少するとう現象）がないない、産業面では、EV車の普及によりニッケル水素よりも量産効果で安くなってきているなど、他の蓄電池にない特徴をリチウムイオン電池は持っている。
よって、使用に関し、リチウムイオン電池が好ましい。
入出力スピードから言えば、ニッケル水素もOKであるが、自己放電の問題とメモリー効果の問題、蓄電電圧が２V以下なので、体積容量が大きくなり、コンパクト化を目指すのであれば、リチウムイオン電池が最適である。鉛やニッカドも使えなくはないが、寿命、自己放電、メモリー効果、入出力スピード、バッテリーの体積や重さ問観点からリチウムイオン電池がベストである。
原理原則は、どのような蓄電池でもOKであるが、実用面ではリチウムイオン電池が、最適である。
キャパシターについては、コンデンサーの大容量版という認識である。容量が無いのでストレージ機能を持つことが出来ないのが欠点である。

スピードに関しては、負荷が要求する電力量に依存する。EV車の場合は、高速充電の最大が２Cとなっており、30分で満充電できる能力を有している。入出力スピードに関してはコンデンサーやキャパシターは、リチウムイオン電池に比べて遥かに高速である。今回の特徴は、入出力の遅さを電池容量でカバーするところである。リチウムイオン電池は、蓄電の体積容量が最も大きくかつ蓄電池の中で最も入出力が高速かつ先に示した様々なリチウムイオン電池の特徴も兼ね備えているので、本発明には最適である。
図２（ｂ）は、リチウムイオン電池によって、平滑作用を実施している波形観測データである。図１１に示す、コンデンサーを用いた通常の整流回路の出力波形と比較しても違いはない。
（実施例２）

図３は、実施例２の、ＥＶステーションを現状の太陽光発電システムと連携した場合の模式図である。ここで、整流器の回路構成は、図２（ｂ）に示す、ダイオードブリッジのみで、構成している。自動車用蓄電池（リチウムイオン蓄電池）、および、燃料電池車の蓄電池（（リチウムイオン蓄電池）が、ケーブルを介して、インタフェイスにつながっている。
EVステーションとして車に充電する場合は、太陽光発電からの電力を優先し、不足した場合を系統化電力をダイオードブリッジにより全波整流を行った山形波形の直流電力で充電を行う。

また、EVステーションに車が停車を目的として駐車している場合は、EV車およびPHV車の蓄電池により太陽発電からの電力を安定な電圧の直流電力に変換し、直流負荷もしくはDC-AC変換器を介して交流負荷に電力供給する。電力負荷が小いため太陽光発電の電力が余る場合は、固定用蓄電池が存在する場合は、固定用蓄電池に充電する。この蓄電池が満充電になり、さらに太陽光発電からの電力が余っている場合は、パワーコンディショナーを介して逆調をを行い売電を行う。
EVステーションにEV車やPHV車が連結していない場合、固定用蓄電池が無い場合は、通常のパワーコンディショナーからの系統連系により太陽光発電からの電力を全て売電を行う。

以上のように、太陽光発電からの電力の利用効率を最大限に利用することが可能になり、さらにEV車等の蓄電池が存在しない場合もシステムは停止することはない。
このようなシステムの動きは、電力インターエースをITが電力の利用効率を最大にするように制御する。

（実施例３）
図４は、実施例３の、ＥＶステーションが、エネルギーを集めるためのエネルギーポストとして利用する場合の模式図である。ここで、整流器の回路構成は、先の図２（ｂ）に示す、ダイオードブリッジのみで、構成している。本システムは、ＥＶを活用した余剰再エネルギーの売買を行うことを目的としている。
本図は、EVステーションに連結したEV車の今後の利用範囲を示したものである。EV車は、EVステーションを介して様々な不安定な再生可能エネルギーを安定化し、利用可能な電力に変換することができる。また、EV車は蓄電機能を有することから、小さい電力を集めて大きな電力とすることも可能である。さらに移動型電源として、レジャーから防災まで様々な応用が可能になる。
そして、EVステーションを介してEV車の蓄電池を並列接合すれば、メガワットクラスの大きな電力としての利用も可能になる。
このように、提案するEVステーションは、エネルギーを集約するエネルギーポストと呼べる機能を有する。

（実施例４）
図５は、本発明の実施例４の、ＥＶステーションを住宅や、ビル、ならびに大型再生可能エネルギーに導入し、ＥＶ車をエネルギー移動媒体として利用した場合の模式図である。
本直流電力供給システムは、ＥＶステーションを、複数個配置して、各ＥＶステーションを、各々並列連結して構成し、各負荷に直流電力を供給することを特徴とする直流電力供給システムである。
本図は、現存の太陽光発電とパワーコンディショナーによる系統連系システムに本システムを導入した場合の模式図である。
家庭に設置されている太陽光発電からの電力は直流で直接EV車に充電を行う。もしくは、EV車の蓄電池により家庭の電力に供給する。供給電力が直流の場合は、直流で利用可能な家電製品に供給する。交流型家電製品については、通常のパワーコンディショナーを介して交流電力として供給する。余剰電力が生じる場合は、逆調して売電を行う。

大型太陽光発電の場合も、考え方は家庭に設置された太陽光発電と同じであるが、EVステーションの設置数を、太陽光発電の大きさによって増やす必要がある。
EVのない場合は通常の系統連系のままでよく、太陽光発電の大きさに応じてEVステーションを設置できれば、太陽光発電の地産地消が可能になる。

非常時においては、系統連系を切断し、自立モードとして太陽光発電が無停電で利用可能である。また、余剰が出る場合は太陽光発電の出力が自動的に落ちることで安全性は確保されている。このような余剰電力が出る場合は、EV車が電力の必要な場合に電気を運び、その代わりに別のEV車が即座に太陽光発電に連結できれば無駄なく太陽粉発電の利用が可能になる。このようなEV車の移動を可能にするためにはITがEV車の移動場所も含め制御する必要がある。

（実施例５）
図６は、本発明の実施例５の、ＥＶステーションが、社会に普及した様子を示した模式図である。
本システムが、交流型の電力システムに導入された場合、エネルギーロスは大きいが、EV車が再生可能エネルギーの安定化を行うことが可能になる。現在の再生化のネルギーの安定化は火力発電の能力に依存するため、再生可能エネルギーの系統電力への導入は、数％に制限されている。しかし、EV車が普及し、本システムが普及すれば、基本的に、火力発電の能力に関係なく、いくらでの系統電力に再生可能エネルギーを混ぜ込み利用することが出来る。究極は、再生可能エネルギーのみの電力システムを構築することが可能になる。

（実施例６）
図７は、本発明の実施例６の、ＥＶステーションを用いた直流エネルギーシステムへの転換を想定した場合の電気の流れと制御システムに関する模式図である。
図7は、図１のシステムに電力制御のためのゲートコントロールを含めた図である。必要とする電力を確保するためにどのようにITがゲートコントロールするかをシステム構成の変化も踏まえて具体的に示した。

（実施例７）
図８は、本発明の実施例７の、ＥＶステーションが、社会に普及し、太陽光発電やＥＶ車が直流で連結し、エネルギーロスの少ないシステムを構築した場合の模式図である。
図7では、EV車が電力を移動させることを想定していないが、図8では、EV車が電力を必要な場所へ移動させることも想定している。この場合、EV車が連結するEVステーションでの電力の授受に関する情報をITが把握する必要がある。

（実施例８）
図９は、本発明の実施例８の、ＥＶ車やＦＣＶ車の普及が進み、本発明のＥＶステーションが、直流で、連結したエネルギーシステムの模式図である。
図9は、EVステーションが、電信柱のように普及した場合を想定している。この場合は、EVステーションを有線で並列接合することにより、再生可能エネルギーの高効率利用が可能になる。交流電力の社会から直流電力社会へ移行の段階で出現する電力システムである。
すなわち、全てのインフラが直流化されていない場合は、移行期間として直流と交流を併用するシステムが必要となる。このような段階に入れば、再生可能エネルギーを用いた水の電気分解による水素を製造して燃料電池車へのクリーン水素の供給も可能になる。また、再生可能エネルギーが余剰になれば、電気分解により水素としてエネルギーをストレージすることも可能になる。さらに、燃料電池自動車を再生可能エネルギーの安定化のために利用するなど、化石燃料を使わないクリーンなエネルギー社会の構築が可能になる。

（実施例９）
図１０は、本発明の実施例９の、発電所からの送電以外は、直流配電になったエネルギーシステムの模式図である。
本図は、交流電力システムから直流電力システムに社会システムの移行が完了した時を想定している。このように、社会から電信柱が無くなり、EVステーションが電信柱と同様の働きを担うようになる。また、再生可能エネルーの普及も進み、家庭や大型の太陽光発電システムで得られた電力が社会で共有され、どのEVステーションにおいても再生可能エネルギーが利用可能なシステムである。また、再生可能エネルギーの利用効率が交流変換が無くなるために、少なくとも２０％以上は向上する。また、電化製品の利用効率も向上した省エネルギー社会が誕生する。そして、交流直流変換デバイスが無くなるため、省資源の社会も構築できる。

まとめ
（１）ＥＶと燃料電池車の必要性
ＥＶの活用は、直流電力社会の構築を加速する。
ＥＶや燃料電池自動車は、不安定な再生可能エネルギー普及のカギである。
再生可能エネルギーを基本とする社会の構築には、社会のエネルギー使用量の絶対量の削減が不可欠である。
直流化は、交流社会の電気エネルギーの無駄をなくすことができるため、最も有効な省エネルギー技術である。
（２）直流をスムーズに既存の電力システムに費用を掛けないで組み込む方策
(i)交流直流変換に活用し、安価に高出力の直流を得る。
(ii)既存技術を活用して、交流社会から直流社会への転換を図る。
(iii)電力会社の制約、電力法の制約なしでシステムを構築する。
(iv)ＥＶおよび燃料電池自動車の活用（モビリテイの活用）無くして直流化は不可能である。
(v)インフラ構築に費用を掛けない。
（３）効果は、
(i)Ｃ０２排出量削減に貢献する。
(ii)エネルギー資源の延命に貢献する。
(iii)エネルギー削減は、産業の活性化に貢献する。
(iv)ライフスタイルの変革をもたらす。
(v)電力自由化により、余剰再生可能エネルギーの売買がＥＶを活用して可能になる。
小売り電力事業者のビジネス展開につながる。家庭で発生する余剰電力をＥＶにため、買い取り業者に販売することも可能である。

本発明によれば、系統電力からの電力を受ける整流器を、ダイオードブリッジのみで構成し、整流器から、平滑コンデンサーを、削除したことにより、安全性の向上、および小型化を実現し、更にコスト削減した、蓄電機能を有する直流電源、および直流電源システム、ならびにＥＶステーションおよび風力、太陽光などの不安定な再生可能エネルギーを用いた電気分解による水素製造システム等の、蓄電機能を有する電力システムを実現することができ、産業の発展に寄与することができる。

１ 整流回路
２ 自動車用リチウムイオン畜電池
３ 車のリユースリチウムイオン畜電池
４ 太陽光発電装置
５ インターフェイス
６ パワコン
７ ダイオードブリッジ
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ ダイオード
１０ 直流電源システム

Claims (10)

1. 系統電力からの電力を受ける整流回路と、
   前記整流回路の出力端子と、並列に接続されたリチウムイオン蓄電池とで構成された蓄電機能を有する直流電源であって、
   前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、
   前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする蓄電機能を有する直流電源。
2. 前記リチウムイオン蓄電池は、
   ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池であって、前記蓄電機能を有する直流電源の出力端子と、インターフェイスにより電気的に接続されており、
   前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする請求項１記載の蓄電機能を有する直流電源。
3. 系統電力からの電力を受ける整流回路と、
   前記整流回路に、接続されたリチウムイオン蓄電池と、
   風力発電装置や太陽光発電装置とで構成された直流電源供給システムであって、
   前記整流回路の端子と、リチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子は、
   インターフェイスにより、すべて並列接続されて、
   負荷への電圧供給端子としており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、
   前記リチウムイオン蓄電池は、整流回路の出力端子の山形形状の脈流電圧を、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑する機能と、前記負荷に直流電圧を供給する機能とを兼用することを特徴とする直流電源システム。
4. 前記リチウムイオン蓄電池は、
   ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池であって、前記直流電源システムの出力端子と、電気的に接続されて、
   前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記リチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする請求項３記載の直流電源システム。
5. 系統電力からの電力を受ける整流回路と、
   前記整流回路に接続された車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池と、
   風力発電装置や太陽光発電装置とで構成されたＥＶステーションであって、
   前記整流回路の端子と、車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子とは、インターフェイスにより、すべて並列に接続されており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、
   前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池は、前記整流回路からの脈流電圧を、放電電流により平滑する機能と、前記負荷に直流電流を供給する機能とを兼用することを特徴とするＥＶステーション。
6. 前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池は、
   ＥＶ車、あるいはプラグインハイブリッド車に搭載されたリチウムイオン蓄電池であって、前記ＥＶステーションの出力端子と、電気的に接続されて、
   前記整流回路の出力電圧波形である、山形形状の脈流電圧が、前記車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池から流れる放電電流によって、平滑されたことを特徴とする請求項５記載のＥＶステーション。
7. 請求項５または６記載のＥＶステーションを、複数個配置して、各ＥＶステーションを、各々並列連結して構成し、各負荷に直流電力を供給することを特徴とする直流電力供給システム。
8. 請求項３または４記載の直流電源システムから得られる直流電力、
   あるいは請求項５または６記載のＥＶステーションから得られる直流電力を用いて、
   電気分解による水素製造を行うことを特徴とする
   風力、太陽光などの不安定な再生可能エネルギーを用いた電気分解による水素製造システム。
9. 系統電力からの電力を受ける整流回路と、
   前記整流回路に、接続された車の廃蓄電池と、
   風力発電装置や太陽光発電装置とで構成された直流電源供給システムであって、
   前記整流回路の端子と、リチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子は、
   インターフェイスにより、すべて並列接続されて、
   負荷への電圧供給端子としており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、
   前記リチウムイオン蓄電池は、整流回路の出力端子の山形形状の脈流電圧を、前記車の廃蓄電池から流れる放電電流によって、平滑する機能と、前記負荷に直流電圧を供給する機能とを兼用することを特徴とする直流電源システム。
10. 系統電力からの電力を受ける整流回路と、
    前記整流回路に接続された車両に搭載された車の廃蓄電池と、
    風力発電装置や太陽光発電装置とで構成されたＥＶステーションであって、
    前記整流回路の端子と、車両に搭載されたリチウムイオン蓄電池の端子と、風力発電装置や太陽光発電装置の端子とは、インターフェイスにより、すべて並列に接続されており、前記整流回路は、ダイオードブリッジのみから構成されており、
    前記車の廃蓄電池は、前記整流回路からの脈流電圧を、放電電流により平滑する機能と、前記負荷に直流電流を供給する機能とを兼用することを特徴とするＥＶステーション。

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