JP6842226B2 - 電動移動体充電システム - Google Patents
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Description
本発明は、異種電池が並列接続された複合電池を使用して電動移動体の長距離運行を可能にする電動移動体充電システムに関する。
慢性的渋滞と大気汚染に悩まされている発展途上国の大都市では、電気駆動の公共交通機関である電動バスが渋滞と環境問題を同時に解決する手段として非常に期待されている。このため、鉄道ネットワークが発達している国や地域では、市内バスの電動化が急速に進められている。一方、鉄道ネットワークが未発達な国や地域では、市内バスの電動化だけでなく、都市間の高速バスの電動化も期待されている。
しかしながら、従来の電動バスは、最長走行距離が３００ｋｍ程度であり、しかも二次電池を交換することができなかったので、約３００ｋｍ走行後には２時間以上充電しなければならなかった。従って、従来の電動バスは、約３００ｋｍ以上の長距離走行を必要とする都市間交通には使用することができないという課題があった。この課題を克服するために、二次電池を交換することが可能な電動移動体が開示されている。例えば、特許文献１には、電気自動車のバッテリ交換装置と電気自動車とから成る新交通システムが開示されている。
電動移動体の二次電池には、電動移動体の必要な走行距離を確実に達成するためのエネルギ性能と、電動移動体の加速性及び回生電力の吸収性を十分に備えたパワー性能が求められる。また、一般に、エネルギ性能とパワー性能とは、トレードオフの関係があるので、電動移動体の二次電池は、エネルギ性能に優れた高エネルギ型二次電池とパワー性能に優れた高出力型二次電池とを適度にバランスさせたものである。例えば、車両総重量が１６トンの電動バスを２００ｋｍ走行させるためには、２５０ｋＷｈのエネルギと２００ｋＷのパワーが必要である。しかしながら、エネルギが２５０ｋＷｈの二次電池の合計重量は、両者をどのようにバランスさせたとしても１．２トンもあり、鉄道ネットワークが未発達な国や地域で都市間を長距離走行させるためには、２００ｋｍ走行する度に１．２トン分の二次電池を交換しなければならないので、電動移動体の二次電池の交換時間が長いという問題があった。
また、例えば、同じ電動バスを２００ｋｍ走行させる時に、５０ｋｍ毎に二次電池を交換するようにした場合、５０ｋｍの走行に必要な二次電池の合計重量は、３００ｋｇに軽量化される。しかしながら、同じ電動バスを２００ｋｍ走行させるためには、二次電池を４回交換する必要があり、１．２トン分の二次電池交換用の設備を４か所に分散配置したに過ぎないので、電動移動体の二次電池の交換時間が長いという問題が残った。さらに、鉄道ネットワークが発達している国や地域では、二次電池を充電する場合には、上述のように電動移動体の二次電池の充電時間が長いという問題があり、二次電池を交換する場合には、電動移動体の二次電池の交換時間が長いという問題があった。
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることが可能な電動移動体充電システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することが可能な電動移動体充電システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することが可能な電動移動体充電システムを提供することにある。
本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、まず、電動バスに搭載する二次電池のエネルギを７０ｋＷｈとし、その７０ｋＷｈのエネルギの内の１０ｋＷｈを１０Ｃ以上の充放電が可能な高出力型二次電池で構成し、残りの６０ｋＷｈをエネルギ密度が２５０Ｗｈ／ｋｇ以上で２Ｃ以上の充放電が可能な高エネルギ型二次電池で構成した場合に、合計重量が３４０ｋｇ程度の複合電池から、１０ｋＷｈ×１０Ｃ＋６０ｋＷｈ×２Ｃ＝２２０ｋＷのパワーが得られること、及び高出力型二次電池を急速充電し、高エネルギ型二次電池のみを交換すれば、交換する二次電池の量を減らすことができるので、短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができることを見出した。ところが、高出力型二次電池を急速充電するため、大規模な外部電源設備を使用する必要があるという新たな問題が生じた。これに対して、本発明者は、高出力型二次電池を急速充電する時に、未交換の予備の高エネルギ型二次電池の放電電力を使用することによって、大規模な外部電源設備を使用する必要がなくなることを見出した。
また、本発明者は、高出力型二次電池を急速充電する時に、未交換の予備の高エネルギ型二次電池の放電電力に加えて、グリッド又は発電装置の電力を使用することによって、より短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができることを見出し、本発明に至ったものである。
即ち、本発明は、外部電源からの電力によって充電された後に放電する複合電池及び複合電池から放電された電力で移動用動力を発生させるモータを備える、自在に移動可能な電動移動体と、電動移動体の移動によって消費した複合電池の充電電力を回復させる複合電池回復装置と、を有し、複合電池は、重量エネルギ密度が高く、重量出力密度が低く、容量が大きい高エネルギ型二次電池と、重量エネルギ密度が低く、重量出力密度が高く、容量が小さい高出力型二次電池と、を並列接続して構成され、複合電池回復装置は、外部電源に接続されかつ外部電源の電力で充電された複数の予備の高エネルギ型二次電池と、電動移動体で充電電力を消費した高エネルギ型二次電池を予備の高エネルギ型二次電池と交換する交換装置と、電動移動体で充電電力を消費した高出力型二次電池を残りの予備の高エネルギ型二次電池の放電電力を含む電力で急速充電する充電装置と、を備える電動移動体充電システムを提供するものである。
ここで、上記においては、充電装置は、さらに、電動移動体で充電電力を消費した高出力型二次電池を、外部電源を構成するグリッド又は発電装置の電力を含む電力で急速充電するのが好ましい。
電動移動体は、さらに、電動移動体の最後部の壁の幅方向の両端に設置された防護壁と、電動移動体の内部に複合電池を収納する不燃性の耐圧容器と、耐圧容器に収納された複合電池の高エネルギ型二次電池を交換するために防護壁の間に設置された開閉扉と、耐圧容器の壁面から電動移動体の外側表面まで車体を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、減圧手段は、耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器の内部の気体を電動移動体の上方又は下方に排出し、防護壁は、開閉扉が開いている時に、耐圧容器に収納された複合電池からの噴出物を電動移動体の後方、上方又は下方に排出するのが好ましい。
電動移動体は、さらに、電動移動体の最後部の壁の幅方向の両端に設置された防護壁と、電動移動体の内部に複合電池を収納する不燃性の耐圧容器と、耐圧容器に収納された複合電池の高エネルギ型二次電池を交換するために防護壁の間に設置された開閉扉と、耐圧容器の壁面から電動移動体の外側表面まで車体を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、減圧手段は、耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器の内部の気体を電動移動体の上方又は下方に排出し、防護壁は、開閉扉が開いている時に、耐圧容器に収納された複合電池からの噴出物を電動移動体の後方、上方又は下方に排出するのが好ましい。
電動移動体は、さらに、電動移動体の内部に複合電池を収納する不燃性の耐圧容器と、耐圧容器に収納された複合電池の高エネルギ型二次電池を交換するために電動移動体の側壁に設置された開閉扉と、耐圧容器の壁面から電動移動体の外側表面まで車体を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、減圧手段は、耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器の内部の気体を電動移動体の上方又は下方に排出するのが好ましい。
電動移動体は、さらに、複合電池を収納するために電動移動体の側壁に固定された不燃性の耐圧容器と、耐圧容器に収納された複合電池の高エネルギ型二次電池を交換するために耐圧容器の側壁に設置された開閉扉と、耐圧容器の壁を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、減圧手段は、耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器の内部の気体を電動移動体の上方又は下方に排出するのが好ましい。
電動移動体は、さらに、複合電池を収納するために電動移動体の側壁に固定された不燃性の耐圧容器と、耐圧容器に収納された複合電池の高エネルギ型二次電池を交換するために耐圧容器の側壁に設置された開閉扉と、耐圧容器の壁を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、減圧手段は、耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器の内部の気体を電動移動体の上方又は下方に排出するのが好ましい。
耐圧容器は、耐圧容器の内部の温度が所定の値よりも高くなった時に作動して耐圧容器の内部の気体を冷却する冷却手段を備えるのが好ましい。
耐圧容器は、耐圧容器の内部の温度が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器の内部の気体を外気と入れ換える換気手段を備えるのが好ましい。
高エネルギ型二次電池は、リチウムイオン二次電池であり、高出力型二次電池は、高エネルギ型二次電池と異なる材料を用いた負極活物質を有するリチウムイオン二次電池であるのが好ましい。
高エネルギ型二次電池は、空気を活物質に用いた空気電池であり、高出力型二次電池は、リチウムイオン二次電池であるのが好ましい。
耐圧容器は、耐圧容器の内部の温度が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器の内部の気体を外気と入れ換える換気手段を備えるのが好ましい。
高エネルギ型二次電池は、リチウムイオン二次電池であり、高出力型二次電池は、高エネルギ型二次電池と異なる材料を用いた負極活物質を有するリチウムイオン二次電池であるのが好ましい。
高エネルギ型二次電池は、空気を活物質に用いた空気電池であり、高出力型二次電池は、リチウムイオン二次電池であるのが好ましい。
本発明によれば、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができる。
また、本発明によれば、上記効果に加え、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することができる。
また、本発明によれば、上記効果に加え、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することができる。
以下に、本発明を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の電動移動体充電システムを示すブロック図である。
本発明の電動移動体充電システム１０は、自在に移動可能な電動移動体２０と複合電池回復装置５０とを有する。電動移動体２０は、複合電池２２及びモータ２４を備え、複合電池２２は、外部電源７０からの電力によって充電された後に放電し、モータ２４は、複合電池２２から放電された電力で移動用動力を発生させる。複合電池回復装置５０は、電動移動体２０の移動によって消費した複合電池２２の充電電力を回復させる。複合電池２２は、高エネルギ型二次電池２２ｈｅと高出力型二次電池２２ｈｐとを並列接続して構成され、高エネルギ型二次電池２２ｈｅは、重量エネルギ密度が高く、重量出力密度が低く、容量が大きく、高出力型二次電池２２ｈｐは、重量エネルギ密度が低く、重量出力密度が高く、容量が小さい。複合電池回復装置５０は、複数の予備の高エネルギ型二次電池５２と交換装置５４と充電装置５６とを備える。予備の高エネルギ型二次電池５２は、外部電源７０に接続され、外部電源７０の電力で充電される。交換装置５４は、電動移動体２０で充電電力を消費した高エネルギ型二次電池２２ｈｅを予備の高エネルギ型二次電池５２ａと交換する。充電装置５６は、電動移動体２０で充電電力を消費した高出力型二次電池２２ｈｐを残りの予備の高エネルギ型二次電池５２ｂ〜５２ｎの放電電力を含む電力で急速充電する。
即ち、電動移動体充電システム１０では、電動移動体２０の移動可能な距離を長くするために、満充電の複合電池２２から放電された電力で電動移動体２０が移動可能な距離に、予め複合電池回復装置５０を設置する。複合電池回復装置５０は、外部電源７０の電力で充電された複数の予備の高エネルギ型二次電池５２と交換装置５４と充電装置５６とを備える。モータ２４が複合電池２２から放電された電力で移動用動力を発生させることによって、電動移動体２０が複合電池回復装置５０に到達した時に、交換装置５４は、電動移動体２０に搭載されていた複合電池２２の内の高エネルギ型二次電池２２ｈｅを予備の高エネルギ型二次電池５２ａと交換し、充電装置５６は、電動移動体２０に搭載されていた複合電池２２の内の高出力型二次電池２２ｈｐを未交換の残りの予備の高エネルギ型二次電池５２ｂ〜５２ｎの放電電力を含む電力で急速充電する。電動移動体２０に搭載されている高エネルギ型二次電池２２ｈｅが１つではなく２つの場合には、交換装置５４は、予備の高エネルギ型二次電池５２ａ、５２ｂと交換し、充電装置５６は、電動移動体２０に搭載されていた複合電池２２の内の高出力型二次電池２２ｈｐを未交換の残りの予備の高エネルギ型二次電池５２ｎの放電電力を含む電力で急速充電する。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができる。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができる。
電動移動体２０は、さらに、インバータ２６と負荷２８と放電回路３０とを備える。インバータ２６は、複合電池２２とモータ２４との間に接続され、複合電池２２から放電された電力を電力変換してモータ２４に出力する。負荷２８は、複合電池２２から放電された電力が供給され、ヘッドライト、フォグランプ、ウィンカ、ワイパ、ラジエータファン、スタータモータ、エアコンなどを含む。なお、負荷２８の動作電圧は、複合電池２２と同じ、例えば２４Ｖでも良く、また、複合電池２２と異なる、例えば１２Ｖ又は４８Ｖでも良く、複合電池２２と異なる場合には、複合電池２２と負荷２８との間にＤＣ／ＤＣコンバータを設置する。放電回路３０は、インバータ２６と負荷２８とを接続する配線の途中と複合電池２２との間に接続され、所定の電圧及び電流でインバータ２６及び負荷２８に放電電力を供給する。電動移動体２０は、電動バスに限定されず、一般の電動乗用車、電動トラックなどであっても良い。複合電池２２の中に、鉛蓄電池を追加で設置し、充電装置がその鉛蓄電池を予備の高エネルギ型二次電池５２の放電電力を含む電力で充電するように構成しても良い。また、複合電池２２及び交換装置５４のそれぞれの中に、鉛蓄電池を追加で設置し、交換装置が複合電池２２の中の鉛蓄電池を交換装置５４の中の予備の鉛蓄電池と交換するように構成しても良い。
充電装置５６は、送電手段５６ａと受電手段５６ｂとを備える。送電手段５６ａは、例えば、送電コイルであり、受電手段５６ｂは、例えば、受電コイルである。送電コイル及び受電コイルを使用すれば、充電装置５６は、磁界共鳴によって非接触で高出力型二次電池２２ｈｐを急速充電することができる。
複合電池回復装置５０は、さらに、双方向電力変換装置５８と放電回路６０とを備える。双方向電力変換装置５８は、外部電源７０と予備の高エネルギ型二次電池５２との間に接続され、定電流充電及び定電圧充電を行うように、所定の電圧及び電流で予備の高エネルギ型二次電池５２に充電電力を供給すると共に、所定の電圧及び電流でグリッド７２に放電電力を供給してグリッド７２を平準化させることができる。放電回路６０は、予備の高エネルギ型二次電池５２と充電装置５６との間に接続され、所定の電圧及び電流で充電装置５６に放電電力を供給する。
電動移動体充電システム１０の複合電池回復装置５０を構成する充電装置５６は、さらに、電動移動体２０で充電電力を消費した高出力型二次電池２２ｈｐを、外部電源７０を構成するグリッド７２又は発電装置７４の電力を含む電力で急速充電しても良い。即ち、電動移動体２０に搭載されていた複合電池２２の内の高出力型二次電池２２ｈｐを急速充電する場合、未交換の残りの予備の高エネルギ型二次電池５２ｂ〜５２ｎの放電電力のみを使用しても良いが、それに加えてグリッド７２又は発電装置７４の電力を使用しても良い。具体的には、複合電池回復装置５０は、さらに、外部電源７０と双方向電力変換装置５８とを接続する配線の途中の接続点６２と充電装置５６とを接続する配線６４を備えても良い。配線６４を備えない場合には、予備の高エネルギ型二次電池５２の放電電力だけが充電装置５６に供給され、外部電源７０を構成するグリッド７２又は発電装置７４の電力は、充電装置５６に供給されないが、配線６４を備える場合には、予備の高エネルギ型二次電池５２の放電電力だけでなく、外部電源７０を構成するグリッド７２又は発電装置７４の電力も充電装置５６に供給される。
ここで、グリッド７２は、発電所からの電力が供給される公的な送配電網だけでなく、工場、ビル、商業施設内の電力網を意味する。また、発電装置７４は、送配電網を介さずに直接複合電池回復装置５０に接続される電源を意味し、気体燃料、液体燃料、又は固体燃料を使用した発電機、太陽光発電装置、風力発電装置などを含む。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、より短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができる。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、より短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができる。
次に、本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体について説明する。図２は、図１の電動移動体の部分拡大側面図であり、図３は、図１の電動移動体の開閉扉が少し開いた状態を示す平面図である。
電動移動体２０は、さらに、防護壁３２と不燃性の耐圧容器３４と開閉扉３６と減圧手段３８とを備えても良い。その場合には、防護壁３２は、電動移動体２０の最後部の壁の幅方向の両端に設置される。耐圧容器３４は、電動移動体２０の内部に複合電池２２を収納する。開閉扉３６は、耐圧容器３４に収納された複合電池２２の高エネルギ型二次電池２２ｈｅを交換するために防護壁３２の間に設置される。減圧手段３８は、耐圧容器３４の壁面から電動移動体２０の外側表面まで車体を貫通する貫通孔４０の途中に設置される。減圧手段３８は、耐圧容器３４の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器３４の内部の気体を電動移動体２０の上方又は下方に排出する。防護壁３２は、開閉扉３６が開いている時に、耐圧容器３４に収納された複合電池２２からの噴出物を電動移動体２０の後方、上方又は下方に排出する。
即ち、電動移動体２０の最後部の壁の幅方向の両端には、防護壁３２が設置され、防護壁３２は、防護壁３２の間に設置された開閉扉３６が高エネルギ型二次電池２２ｈｅを交換するために開いている時に複合電池２２から高温の気体が噴出した場合に、その噴出物を、人がいるかもしれない電動移動体２０の左方でも右方でも前方でもなく、人がいない後方、上方又は下方に排出する。二次電池交換中は、電動移動体２０の直ぐ後方に交換装置５４があるので、耐圧容器３４に収納された複合電池２２からの噴出物を電動移動体２０の後方に排出しても、直接的な人的被害が生じることはない。また、耐圧容器３４の壁面から電動移動体２０の外側表面まで車体を貫通する貫通孔４０の途中には、減圧手段３８が設置され、減圧手段３８は、耐圧容器３４の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器３４の内部の気体を、人がいるかもしれない電動移動体２０の左方でも右方でも前方でも後方でもなく、図示例では人がいない上方に排出する。
ここで、減圧手段３８は、例えば、圧力センサと電磁弁とを電気的に接続した減圧装置でも良いが、電気的故障が発生すると作動しなくなる恐れがあるので、減圧弁のようにばねなどによって機械的に設定された圧力で自動的に開くものの方が好ましい。また、左方、右方、前方、後方、上方及び下方は、路面上に立ち、路面上を移動する電動移動体２０を移動方向に向かって見た方向である。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、複合電池を安全に使用することができる。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、複合電池を安全に使用することができる。
耐圧容器３４は、スライドテーブル３４ｔを備え、スライドテーブル３４ｔは、モータを使用して、耐圧容器３４に収納された高エネルギ型二次電池２２ｈｅを、収納位置から電動移動体２０の後方に、及び電動移動体２０の後方から収納位置に移動させる。また、耐圧容器３４は、エンジンルームのように電動移動体２０の車体と一体化したものであっても、車体とは別の部品であっても良い。さらに、耐圧容器３４は、完全な密閉性を有しなくても良いが、耐圧容器３４の内部の圧力が大気圧よりも高くなり、耐圧容器３４の内部の気体が少しずつ漏れ出る場合に、人がいない電動移動体２０の上方又は下方に漏れ出るのは好ましいが、それ以外の方向に漏れ出るのは好ましくない。
防護壁３２の形状、大きさ及び厚さは、耐圧容器３４に収納された複合電池２２からの噴出物の排出方向を電動移動体２０の後方、上方又は下方に限定することができれば、特に制限的ではない。耐圧容器３４の形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅ及び高出力型二次電池２２ｈｐを収納することができれば、特に制限的ではない。スライドテーブル３４ｔの形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅを載せて耐圧容器３４の中の収納位置から交換装置５４の受け渡し位置まで移動させることができれば、特に制限的ではない。開閉扉３６の形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅを載せたスライドテーブル３４ｔが通過することができる大きさの耐圧容器３４の開口部を塞ぐことができれば、特に制限的ではない。貫通孔４０の形状及び大きさは、耐圧容器３４の内部の気体を排出することができれば、特に制限的ではない。
防護壁３２、耐圧容器３４、スライドテーブル３４ｔ、及び開閉扉３６の材料は、不燃性又は難燃性と引張強さとを併せ持つ材料であれば、特に制限的ではなく、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂のような合成樹脂でも、鉄、アルミニウムのような金属でも良い。
受電手段５６ｂは、電動移動体２０の耐圧容器３４又は車体の他の部分の下側の路面と対向する位置に配置される。また、送電手段５６ａは、交換装置５４が高エネルギ型二次電池２２ｈｅを予備の高エネルギ型二次電池５２ａと交換している間に同時に、高出力型二次電池２２ｈｐを残りの予備の高エネルギ型二次電池５２ｂ〜５２ｎの放電電力を含む電力で急速充電することができるように、二次電池交換中の電動移動体２０の受電手段５６ｂと対向する路面の位置に配置される。
耐圧容器３４は、冷却手段４２を備えても良い。その場合には、冷却手段４２は、耐圧容器３４の内部の温度が所定の値よりも高くなった時に作動して耐圧容器３４の内部の気体を冷却する。即ち、冷却手段４２は、例えば、冷却ファン又はエアコンなどの空調装置であり、温度センサ４４が耐圧容器３４の内部の温度を検出し、制御部４６がその温度と所定の値とを比較し、その温度が所定の値よりも高くなった時に冷却ファン又は空調装置を作動させる。ここで、制御部４６は、電動移動体２０の制御部であっても良く、また、冷却手段４２の制御部であっても良い。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、複合電池の寿命を延ばすことができる。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、複合電池の寿命を延ばすことができる。
耐圧容器３４は、換気手段４８を備えても良い。その場合には、換気手段４８は、耐圧容器３４の内部の温度が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器３４の内部の気体を外気と入れ換える。即ち、換気手段４８は、例えば、耐圧容器３４の壁面から電動移動体２０の外側表面まで車体を貫通する貫通孔４８ａの途中に設置された換気ダクトであり、温度センサ４４が耐圧容器３４の内部の温度を検出し、制御部４６がその温度と所定の値とを比較し、その温度が所定の値よりも高くなった時に換気ダクトを開く。ここで、制御部４６は、電動移動体２０の制御部であっても良く、また、換気手段４８の制御部であっても良い。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、複合電池の寿命を延ばすことができる。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、複合電池の寿命を延ばすことができる。
次に、本発明の電動移動体充電システムを構成する複合電池回復装置について説明する。図４は、図１の複合電池回復装置を示す斜視図である。
交換装置５４は、製造工場内に設置される自動倉庫と同様の機能を有するものであり、ストッカ５４ｓと昇降アーム５４ａとを備える。ストッカ５４ｓは、予備の高エネルギ型二次電池５２を収納する、例えば、上下方向に８段の収納庫を有し、昇降アーム５４ａは、モータを使用して、予備の高エネルギ型二次電池５２を、各段の収納庫の高さから耐圧容器３４のスライドテーブル３４ｔの高さの受け渡し位置まで垂直方向５４ｖに移動させる。また、昇降アーム５４ａ又は各段の収納庫は、水平移動機構を備え、水平移動機構は、モータを使用して、予備の高エネルギ型二次電池５２を、各段の収納庫から昇降アーム５４ａまで水平方向５４ｈに移動させる。
昇降アーム５４ａの形状、長さ及び厚さは、予備の高エネルギ型二次電池５２を載せて各段の収納庫の高さから受け渡し位置まで移動させることができれば、特に制限的ではない。昇降アーム５４ａの材料は、不燃性又は難燃性と引張強さとを併せ持つ材料であれば、特に制限的ではなく、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂のような合成樹脂でも、鉄、アルミニウムのような金属でも良い。
次に、高エネルギ型二次電池の交換手順について説明する。図５Ａ〜Ｄは、図１の電動移動体から高エネルギ型二次電池を取り出す手順を示す側面図である。
まず、図５Ａに示すように、複合電池回復装置５０の正面に対して直角方向に電動移動体２０を後進させ、電動移動体２０の受電手段５６ｂが路面に配置された送電手段５６ａと対向する位置に電動移動体２０を停止させる。次に、耐圧容器３４の内部の圧力が正常値であることを確認した後、高出力型二次電池２２ｈｐの急速充電を開始させると共に、図５Ｂに示すように、開閉扉３６を電動移動体２０の後方に移動させ、次に、図５Ｃに示すように、開閉扉３６を電動移動体２０の上方に移動させ、次に、図５Ｄに示すように、スライドテーブル３４ｔに載せられた高エネルギ型二次電池２２ｈｅを交換装置５４の受け渡し位置まで移動させる。次に、受け渡し位置で昇降アーム５４ａに載せられた高エネルギ型二次電池２２ｈｅを空の収納庫の高さまで移動させ、水平移動機構を使用して空の収納庫の中に収納する。次に、ここまでの手順と逆の手順で、ストッカ５４ｓの収納庫の中に収納された予備の高エネルギ型二次電池５２ａを耐圧容器３４の中の収納位置まで移動させて収納する。次に、高出力型二次電池２２ｈｐを満充電した後、高出力型二次電池２２ｈｐの急速充電を終了させると共に、収納庫の中に収納した高エネルギ型二次電池２２ｈｅ、及び高出力型二次電池２２ｈｐの急速充電に使用した予備の高エネルギ型二次電池５２ｂ、５２ｎを満充電する。
次に、本発明の電動移動体充電システムの電動移動体を構成する複合電池の単セルの構成及び単セルを構成する単電池要素の構成について説明する。図６は、リチウムイオン二次電池の単電池要素の積層状態を模式的に示す側面図であり、図７Ａと図７Ｂは、空気電池の単電池要素の積層状態を模式的に示す側面図である。
高エネルギ型二次電池２２ｈｅは、リチウムイオン二次電池であり、高出力型二次電池２２ｈｐは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅと異なる材料を用いた負極活物質を有するリチウムイオン二次電池であっても良い。即ち、高エネルギ型二次電池２２ｈｅ及び高エネルギ型二次電池２２ｈｅは、共にリチウムイオン二次電池であり、互いに異なる材料を用いた負極活物質を有しても良い。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、小型で軽量な複合電池を構成することができる。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、小型で軽量な複合電池を構成することができる。
リチウムイオン二次電池の単セルは、円筒型形状であっても良い。円筒型形状の例としては、直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍの１８６５０型、直径２１ｍｍ、長さ７０ｍｍの２１７００型、直径２６ｍｍ、長さ６５ｍｍの２６６５０型などがある。また、リチウムイオン二次電池の単セルは、樹脂製の表基材とアルミニウム又はステンレスなどの金属製の中間基材と樹脂製のシーラント材とを重ね合わせたラミネートフィルムを外装材料の少なくとも一部に用いたラミネート型形状であっても良い。さらに、リチウムイオン二次電池の単セルは、アルミニウム又はステンレスなどを深絞り加工などで加工した板材を外装材料の少なくとも一部に用いた角型形状であっても良い。
これらの円筒型、ラミネート型、角形のリチウムイオン二次電池の単セルに用いられる正極活物質は、特に限定されないが、例えば、リン酸鉄リチウム、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＭＣ、三元系ともいう）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡともいう）などが挙げられる。また、円筒型、ラミネート型、角形のリチウムイオン二次電池の単セルに用いられる負極活物質は、特に限定されないが、例えば、ソフトカーボン又はハードカーボンなどの低結晶性カーボン、グラファイト、チタン酸リチウムなどが挙げられる。
リチウムイオン二次電池の単電池要素８０の負極要素８２は、負極箔８２ａの一部である負極集電部８２ｔと、負極箔８２ａの負極集電部８２ｔ以外の部分の両側に形成された負極活物質８２ｂと、を有し、単電池要素８０の正極要素８４は、正極箔８４ａの一部である正極集電部８４ｔと、正極箔８４ａの正極集電部８４ｔ以外の部分の両側に形成された正極活物質８４ｂと、を有する。充電時に正極要素８４からセパレータ８６を通って負極要素８２に溜め込まれたリチウムイオンが、放電時に負極要素８２からセパレータ８６を通って正極要素８４に移動し、正極要素８４内の電子と結合してリチウム酸化物に還元されることによって、正極要素８４から外部の負荷を介して負極要素８２に電流が流れる。
負極要素８２及び正極要素８４は、セパレータ８６を介して交互に積層され、積層方向の両端には、負極箔８２ａの片側又は両側に負極活物質８２ｂが形成された負極要素８２が配置される。積層方向の一方の端には、正極箔８４ａの片側又は両側に正極活物質８４ｂが形成された正極要素８４が配置されても良い。単電池要素８０は、アスペクト比の大きな負極要素８２、セパレータ８６、正極要素８４をこの順に重ね、ロール状に捲回した構造でも良い。また、セパレータ８６は、材料によっては、例えば、負極活物質８２ｂ又は正極活物質８４ｂの内の一方に塗工することによって、負極要素８２又は正極要素８４の内の一方に一体化することができる。
高エネルギ型二次電池２２ｈｅは、空気を活物質に用いた空気電池であり、高出力型二次電池２２ｈｐは、リチウムイオン二次電池であっても良い。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、空気電池がリチウムイオン二次電池よりも軽量なので、同じ重量でより大容量の複合電池を構成することができる。
このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、空気電池がリチウムイオン二次電池よりも軽量なので、同じ重量でより大容量の複合電池を構成することができる。
図７Ａの空気電池９０は、多孔質構造の正極層９２と、負極層９４と、正極層９２及び負極層９４の間の有機電解液を保持する電解液保持層９６と、を有し、空気中に存在する酸素が正極活物質の多孔質構造を透過し、負極活物質の金属イオンと化学反応することによって、正極層９２から外部の負荷を介して負極層９４に電流が流れる。
正極層９２は、例えば、触媒と導電性の触媒担体と触媒を結着するバインダとを含み、多孔質構造が形成されているものを適用することができる。触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属、及びこれらの合金を適用することができる。また、導電性の触媒担体としては、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子を適用することができる。さらに、バインダとしては、例えば、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂を適用することができる。
負極層９４は、負極活物質からなるものを適用することができ、負極活物質としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）などの物質、及びこれらを含む合金を適用することができる。電解液保持層９６に保持される電解液としては、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液や非水溶液を適用することができる。
図７Ｂの燃料電池１００は、分類上空気電池に含まれ、電極複合体１０２と負極燃料物質体１０４とヒータ（図示せず）と密閉容器１０６とを有する。電極複合体１０２は、気密性の固体電解質体１０２ａと正極１０２ｂ（空気極、カソードともいう）と負極１０２ｃ（燃料極、アノードともいう）とから成り、正極リード線１０２ｐと負極リード線１０２ｎとを備える。密閉容器１０６は、固体電解質体１０２ａ又は負極１０２ｃを壁面の一部として備え、負極燃料物質体１０４を密閉する。放電時には、固体電解質体１０２ａは、酸素イオンを伝導し、正極１０２ｂは、空気中の酸素を酸素イオンに還元し、負極１０２ｃは、水素ガスを水蒸気に酸化する。負極燃料物質体１０４は、例えば鉄粒子であり、水蒸気と反応して水素ガスを生成し、自らは酸化物となる。この放電時の反応によって、正極１０２ｂから正極リード線１０２ｐ、負荷、負極リード線１０２ｎを順に通って負極１０２ｃに電流が流れる。ヒータは、固体電解質体１０２ａ及び負極燃料物質体１０４を所定の温度以上に加熱維持するためのものである。ここで、所定の温度とは、例えば、固体電解質体１０２ａの中の酸素イオンの伝導反応、又は鉄粒子と水素ガスとの酸化還元反応を一定速度で実行させるのに必要な温度であり、約４００℃以上であるのが好ましい。
本発明の電動移動体充電システムは、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができ、また、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することができる。
次に、本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体及び複合電池回復装置の変形例１について説明する。図８は、本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体及び複合電池回復装置の変形例１の部分拡大側面図である。
本発明の変形例１の電動移動体１１０は、複合電池２２を備え、さらに、不燃性の耐圧容器３４と開閉扉３６と減圧手段３８とを備えても良い。減圧手段３８は、耐圧容器３４の壁面から電動移動体１１０の外側表面まで車体を貫通する貫通孔１１２の途中に設置される。また、本発明の変形例１の複合電池回復装置１２０は、充電装置１２２を備える。電動移動体１１０は、電動移動体２０に対して、耐圧容器３４の内部の気体を排出する方向が貫通孔４０と異なる貫通孔１１２を有する点以外は同一の構成を有するものであり、複合電池回復装置１２０は、複合電池回復装置５０に対して、電力の送受電方法が充電装置５６と異なる充電装置１２２を有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素の説明を省略する。
貫通孔１１２は、耐圧容器３４の壁面から電動移動体１１０の外側表面まで車体を貫通し、貫通孔１１２の途中には、減圧手段３８が設置され、減圧手段３８は、耐圧容器３４の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器３４の内部の気体を、人がいるかもしれない電動移動体１１０の左方でも右方でも前方でも後方でもなく、図示例では人がいない下方に排出する。充電装置１２２は、送電手段１２２ａと受電手段１２２ｂとを備え、送電手段１２２ａは、例えば、充電プラグであり、受電手段１２２ｂは、例えば、レセプタクルである。充電プラグ及びレセプタクルを使用すれば、充電装置１２２は、通電によって高出力型二次電池２２ｈｐを急速充電することができる。受電手段１２２ｂは、電動移動体２０の耐圧容器３４の下側の側面又は車体の他の部分の側面に配置される。貫通孔１１２の形状及び大きさは、耐圧容器３４の内部の気体を排出することができれば、特に制限的ではない。
本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体の変形例１は、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができ、また、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することができる。
次に、本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体及び複合電池回復装置の変形例２について説明する。図９Ａは、本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体の変形例２の側面図であり、図９Ｂは、図９Ａの電動移動体の変形例２の底面図である。
本発明の変形例２の電動移動体１３０は、複合電池２２を備え、さらに、不燃性の耐圧容器１３２と開閉扉１３４と減圧手段３８とを備えても良い。減圧手段３８は、耐圧容器１３２の壁面から電動移動体１３０の外側表面まで車体を貫通する貫通孔４０の途中に設置される。電動移動体１３０は、電動移動体２０に対して、設置場所が耐圧容器３４と異なる耐圧容器１３２を有する点、及び設置場所が開閉扉３６と異なる開閉扉１３４を有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素の説明を省略する。
電動移動体１３０は、例えば、運転席側にドアがなく、助手席側だけに乗降ドアがあるバスである。電動移動体１３０の前輪と後輪との間には、電動移動体１３０の左方から右方まで車体を貫通する耐圧容器１３２が設置され、電動移動体１３０の乗降ドア側には高出力型二次電池２２ｈｐが収納され、運転席側には高エネルギ型二次電池２２ｈｅが収納されても良い。その場合には、電動移動体１３０の側壁に設置された開閉扉１３４が高エネルギ型二次電池２２ｈｅを交換するために開いている時に複合電池２２から高温の気体が噴出した場合に、その噴出物は、人がいるかもしれない電動移動体１３０の乗降ドア側の側方でも前方でも後方でもなく、人がいない運転席側の側方に排出される。二次電池交換中は、電動移動体１３０の運転席側の直ぐ側方に交換装置５４があるので、耐圧容器１３２に収納された複合電池２２からの噴出物を電動移動体１３０の運転席側の側方に排出しても、直接的な人的被害が生じる可能性は低い。また、耐圧容器１３２の壁面から電動移動体１３０の外側表面まで車体を貫通する貫通孔４０の途中には、減圧手段３８が設置され、減圧手段３８は、耐圧容器１３２の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器１３２の内部の気体を、人がいるかもしれない電動移動体１３０の左方でも右方でも前方でも後方でもなく、図示例では人がいない上方に排出する。ここで、左側通行の地域では、乗降ドア側の側方が左方、運転席側の側方が右方であり、右側通行の地域では、乗降ドア側の側方が右方、運転席側の側方が左方である。
耐圧容器１３２は、スライドテーブル１３２ｔを備え、スライドテーブル１３２ｔは、モータを使用して、耐圧容器１３２に収納された高エネルギ型二次電池２２ｈｅを、収納位置から電動移動体１３０の運転席側の側方に、及び電動移動体１３０の運転席側の側方から収納位置に移動させる。また、耐圧容器１３２は、エンジンルームのように電動移動体１３０の車体と一体化したものであっても、車体とは別の部品であっても良い。さらに、耐圧容器１３２は、完全な密閉性を有しなくても良いが、耐圧容器１３２の内部の圧力が大気圧よりも高くなり、耐圧容器１３２の内部の気体が少しずつ漏れ出る場合に、人がいない電動移動体１３０の上方又は下方に漏れ出るのは好ましいが、それ以外の方向に漏れ出るのは好ましくない。なお、高出力型二次電池２２ｈｐは、交換するために移動させる必要がないので、スライドテーブル１３２ｔに載せずに、電動移動体１３０の乗降ドア側以外の位置に収納しても良い。
耐圧容器１３２の形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅ及び高出力型二次電池２２ｈｐを収納することができれば、特に制限的ではない。スライドテーブル１３２ｔの形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅを載せて耐圧容器１３２の中の収納位置から交換装置５４の受け渡し位置まで移動させることができれば、特に制限的ではない。開閉扉１３４の形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅを載せたスライドテーブル１３２ｔが通過することができる大きさの耐圧容器１３２の開口部を塞ぐことができれば、特に制限的ではない。貫通孔４０の形状及び大きさは、耐圧容器１３２の内部の気体を排出することができれば、特に制限的ではない。
耐圧容器１３２、スライドテーブル１３２ｔ、及び開閉扉１３４の材料は、不燃性又は難燃性と引張強さとを併せ持つ材料であれば、特に制限的ではなく、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂のような合成樹脂でも、鉄、アルミニウムのような金属でも良い。
本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体の変形例２は、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができ、また、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することができる。
次に、本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体及び複合電池回復装置の変形例３について説明する。図１０Ａは、本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体の変形例３の側面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａの電動移動体の変形例３の底面図である。
本発明の変形例３の電動移動体１４０は、複合電池２２を備え、さらに、不燃性の耐圧容器１４２と開閉扉１４４と減圧手段３８とを備えても良い。減圧手段３８は、耐圧容器１４２の壁を貫通する貫通孔４０の途中に設置される。電動移動体１４０は、電動移動体２０に対して、設置場所が耐圧容器３４と異なる耐圧容器１４２を有する点、及び設置場所が開閉扉３６と異なる開閉扉１４４を有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素の説明を省略する。
電動移動体１４０は、例えば、運転席側と助手席側の両方にドアがあるトラックである。電動移動体１４０の前輪と後輪との間には、電動移動体１４０の車体の左方及び右方の側壁に２つの耐圧容器１４２が固定され、例えば、電動移動体１４０の助手席側には高出力型二次電池２２ｈｐが収納され、運転席側には高エネルギ型二次電池２２ｈｅが収納されても良い。その場合には、耐圧容器１４２の側壁に設置された開閉扉１４４が高エネルギ型二次電池２２ｈｅを交換するために開いている時に複合電池２２から高温の気体が噴出した場合に、その噴出物は、運転席側の側方に排出されるので、運転手は注意を要する。二次電池交換中は、電動移動体１４０の運転席側の直ぐ側方に交換装置５４があるので、耐圧容器１４２に収納された複合電池２２からの噴出物を電動移動体１４０の運転席側の側方に排出しても、運転手以外の直接的な人的被害が生じる可能性は低い。また、耐圧容器１４２の壁を貫通する貫通孔４０の途中には、減圧手段３８が設置され、減圧手段３８は、耐圧容器１４２の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて耐圧容器１４２の内部の気体を、人がいるかもしれない電動移動体１４０の左方でも右方でも前方でも後方でもなく、図示例では人がいない上方に排出する。ここで、左側通行の地域では、助手席側の側方が左方、運転席側の側方が右方であり、右側通行の地域では、助手席側の側方が右方、運転席側の側方が左方である。
耐圧容器１４２は、スライドテーブル１４２ｔを備え、スライドテーブル１４２ｔは、モータを使用して、耐圧容器１４２に収納された高エネルギ型二次電池２２ｈｅを、収納位置から電動移動体１４０の運転席側の側方に、及び電動移動体１４０の運転席側の側方から収納位置に移動させる。また、耐圧容器１４２は、エンジンルームのように電動移動体１４０の車体と一体化したものであっても、車体とは別の部品であっても良い。さらに、耐圧容器１４２は、完全な密閉性を有しなくても良いが、耐圧容器１４２の内部の圧力が大気圧よりも高くなり、耐圧容器１４２の内部の気体が少しずつ漏れ出る場合に、人がいない電動移動体１４０の上方又は下方に漏れ出るのは好ましいが、それ以外の方向に漏れ出るのは好ましくない。なお、高出力型二次電池２２ｈｐは、交換するために移動させる必要がないので、スライドテーブル１４２ｔに載せずに、電動移動体１４０の助手席側以外の位置に収納しても良い。
耐圧容器１４２の形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅ及び高出力型二次電池２２ｈｐを収納することができれば、特に制限的ではない。スライドテーブル１４２ｔの形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅを載せて耐圧容器１４２の中の収納位置から交換装置５４の受け渡し位置まで移動させることができれば、特に制限的ではない。開閉扉１４４の形状、大きさ及び厚さは、高エネルギ型二次電池２２ｈｅを載せたスライドテーブル１４２ｔが通過することができる大きさの耐圧容器１４２の開口部を塞ぐことができれば、特に制限的ではない。貫通孔４０の形状及び大きさは、耐圧容器１４２の内部の気体を排出することができれば、特に制限的ではない。
耐圧容器１４２、スライドテーブル１４２ｔ、及び開閉扉１４４の材料は、不燃性又は難燃性と引張強さとを併せ持つ材料であれば、特に制限的ではなく、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂のような合成樹脂でも、鉄、アルミニウムのような金属でも良い。
本発明の電動移動体充電システムを構成する電動移動体の変形例３は、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の電動移動体充電システムは、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができ、また、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することができる。
以上、本発明の電動移動体充電システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。
本発明の電動移動体充電システムは、大規模な外部電源設備を使用せずに短時間で電動移動体の二次電池の充電電力を回復させることができるという効果に加え、従来と同等以上に複合電池を安全に使用すること、複合電池の寿命を延ばすこと、及び小型で軽量でより大容量の複合電池を構成することができるという効果もあるので、産業上有用である。
１０ 電動移動体充電システム
２０、１１０、１３０、１４０ 電動移動体
２２ 複合電池
２２ｈｅ 高エネルギ型二次電池
２２ｈｐ 高出力型二次電池
２４ モータ
２６ インバータ
２８ 負荷
３０ 放電回路
３２ 防護壁
３４、１３２、１４２ 耐圧容器
３４ｔ、１３２ｔ、１４２ｔ スライドテーブル
３６、１３４、１４４ 開閉扉
３８ 減圧手段
４０、４８ａ、１１２ 貫通孔
４２ 冷却手段
４４ 温度センサ
４６ 制御部
４８ 換気手段
５０、１２０ 複合電池回復装置
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｎ 予備の高エネルギ型二次電池
５４ 交換装置
５４ａ 昇降アーム
５４ｈ 水平方向
５４ｓ ストッカ
５４ｖ 垂直方向
５６、１２２ 充電装置
５６ａ、１２２ａ 送電手段
５６ｂ、１２２ｂ 受電手段
５８ 双方向電力変換装置
６０ 放電回路
６２ 接続点
６４ 配線
７０ 外部電源
７２ グリッド
７４ 発電装置
８０ 単電池要素
８２ 負極要素
８２ａ 負極箔
８２ｂ 負極活物質
８２ｔ 負極集電部
８４ 正極要素
８４ａ 正極箔
８４ｂ 正極活物質
８４ｔ 正極集電部
８６ セパレータ
９０ 空気電池
９２ 正極層
９４ 負極層
９６ 電解液保持層
１００ 燃料電池
１０２ 電極複合体
１０２ａ 固体電解質体
１０２ｂ 正極
１０２ｃ 負極
１０２ｐ 正極リード線
１０２ｎ 負極リード線
１０４ 負極燃料物質体
１０６ 密閉容器
２０、１１０、１３０、１４０ 電動移動体
２２ 複合電池
２２ｈｅ 高エネルギ型二次電池
２２ｈｐ 高出力型二次電池
２４ モータ
２６ インバータ
２８ 負荷
３０ 放電回路
３２ 防護壁
３４、１３２、１４２ 耐圧容器
３４ｔ、１３２ｔ、１４２ｔ スライドテーブル
３６、１３４、１４４ 開閉扉
３８ 減圧手段
４０、４８ａ、１１２ 貫通孔
４２ 冷却手段
４４ 温度センサ
４６ 制御部
４８ 換気手段
５０、１２０ 複合電池回復装置
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｎ 予備の高エネルギ型二次電池
５４ 交換装置
５４ａ 昇降アーム
５４ｈ 水平方向
５４ｓ ストッカ
５４ｖ 垂直方向
５６、１２２ 充電装置
５６ａ、１２２ａ 送電手段
５６ｂ、１２２ｂ 受電手段
５８ 双方向電力変換装置
６０ 放電回路
６２ 接続点
６４ 配線
７０ 外部電源
７２ グリッド
７４ 発電装置
８０ 単電池要素
８２ 負極要素
８２ａ 負極箔
８２ｂ 負極活物質
８２ｔ 負極集電部
８４ 正極要素
８４ａ 正極箔
８４ｂ 正極活物質
８４ｔ 正極集電部
８６ セパレータ
９０ 空気電池
９２ 正極層
９４ 負極層
９６ 電解液保持層
１００ 燃料電池
１０２ 電極複合体
１０２ａ 固体電解質体
１０２ｂ 正極
１０２ｃ 負極
１０２ｐ 正極リード線
１０２ｎ 負極リード線
１０４ 負極燃料物質体
１０６ 密閉容器
Claims (9)
- 外部電源からの電力によって充電された後に放電する複合電池及び前記複合電池から放電された電力で移動用動力を発生させるモータを備える、自在に移動可能な電動移動体と、
前記電動移動体の移動によって消費した前記複合電池の充電電力を回復させる複合電池回復装置と、を有し、
前記複合電池は、重量エネルギ密度が高く、重量出力密度が低く、容量が大きい高エネルギ型二次電池と、重量エネルギ密度が低く、重量出力密度が高く、容量が小さい高出力型二次電池と、を並列接続して構成され、
前記複合電池回復装置は、前記外部電源に接続されかつ前記外部電源の電力で充電された複数の予備の高エネルギ型二次電池と、前記電動移動体で充電電力を消費した高エネルギ型二次電池を前記予備の高エネルギ型二次電池と交換する交換装置と、前記電動移動体で充電電力を消費した高出力型二次電池を残りの前記予備の高エネルギ型二次電池の放電電力を含む電力で急速充電する充電装置と、を備える電動移動体充電システム。 - 前記充電装置は、さらに、前記電動移動体で充電電力を消費した高出力型二次電池を、前記外部電源を構成するグリッド又は発電装置の電力を含む電力で急速充電する請求項１に記載の電動移動体充電システム。
- 前記電動移動体は、さらに、前記電動移動体の最後部の壁の幅方向の両端に設置された防護壁と、前記電動移動体の内部に前記複合電池を収納する不燃性の耐圧容器と、前記耐圧容器に収納された前記複合電池の前記高エネルギ型二次電池を交換するために前記防護壁の間に設置された開閉扉と、前記耐圧容器の壁面から前記電動移動体の外側表面まで車体を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、
前記減圧手段は、前記耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて前記耐圧容器の内部の気体を前記電動移動体の上方又は下方に排出し、
前記防護壁は、前記開閉扉が開いている時に、前記耐圧容器に収納された複合電池からの噴出物を前記電動移動体の後方、上方又は下方に排出する請求項１又は２に記載の電動移動体充電システム。 - 前記電動移動体は、さらに、前記電動移動体の内部に前記複合電池を収納する不燃性の耐圧容器と、前記耐圧容器に収納された前記複合電池の前記高エネルギ型二次電池を交換するために前記電動移動体の側壁に設置された開閉扉と、前記耐圧容器の壁面から前記電動移動体の外側表面まで車体を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、
前記減圧手段は、前記耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて前記耐圧容器の内部の気体を前記電動移動体の上方又は下方に排出する請求項１又は２に記載の電動移動体充電システム。 - 前記電動移動体は、さらに、前記複合電池を収納するために前記電動移動体の側壁に固定された不燃性の耐圧容器と、前記耐圧容器に収納された前記複合電池の前記高エネルギ型二次電池を交換するために前記耐圧容器の側壁に設置された開閉扉と、前記耐圧容器の壁を貫通する貫通孔の途中に設置された減圧手段と、を備え、
前記減圧手段は、前記耐圧容器の内部の圧力が所定の値よりも高くなった時に開いて前記耐圧容器の内部の気体を前記電動移動体の上方又は下方に排出する請求項１又は２に記載の電動移動体充電システム。 - 前記耐圧容器は、前記耐圧容器の内部の温度が所定の値よりも高くなった時に作動して前記耐圧容器の内部の気体を冷却する冷却手段を備える請求項３〜５のいずれか１項に記載の電動移動体充電システム。
- 前記耐圧容器は、前記耐圧容器の内部の温度が所定の値よりも高くなった時に開いて前記耐圧容器の内部の気体を外気と入れ換える換気手段を備える請求項３〜６のいずれか１項に記載の電動移動体充電システム。
- 前記高エネルギ型二次電池は、リチウムイオン二次電池であり、前記高出力型二次電池は、前記高エネルギ型二次電池と異なる材料を用いた負極活物質を有するリチウムイオン二次電池である請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動移動体充電システム。
- 前記高エネルギ型二次電池は、空気を活物質に用いた空気電池であり、前記高出力型二次電池は、リチウムイオン二次電池である請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動移動体充電システム。
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