JPWO2008102543A1

JPWO2008102543A1 - 急速充電用電力供給装置および急速充電用電力供給方法

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Publication number: JPWO2008102543A1
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Inventors: 富男菅野
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Filing date: 2008-02-19
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Abstract

種々の移動体へ急速充電用の電力供給ができ、しかも高品質の電力を供給する急速充電用電力供給装置および急速充電用電力供給方法を提供することを目的とする。整流器（１１）からの直流電力を貯蔵し、純粋直流電力を出力する第一の蓄電手段（１５）と、第一の蓄電手段（１５）からの直流電力が貯蔵可能な第二の蓄電手段（８５）が搭載される車両（５０）に、第一の蓄電手段（１５）からの純粋直流電力を直送する充電回路（２０）と、第二の蓄電手段（８５）の充電時には整流器（１１）から第一の蓄電手段（１５）への給電を中止する給電制御手段（１２）とを備える。第一の蓄電手段から供給される純粋直流電力は、車両側で第二の蓄電手段の充電条件に適合した電力に制御されるので、種々の移動体への電力供給ができる。また、純粋直流電力という高品質な電力を供給できるので、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い。

Description

本発明は、車両や船舶等の移動体へ急速充電のための電力を供給することが可能な急速充電用電力供給装置および急速充電用電力供給方法に関する。

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電気自動車の急速充電を行うことが知られている（特許文献１、２参照）。特許文献１の充電装置は、電力貯蔵用の設備蓄電池の充電および電気自動車用の蓄電池の充電を切替えスイッチにより一つの充電器で行うものである。特許文献２の充電装置は、昼間電力を蓄える昼間用蓄電池と夜間電力を蓄える夜間用蓄電池とを有しており、昼間の使用時に夜間用蓄電池に電力が残存している場合は、残存夜間電力を充電器を介して電気自動車の蓄電池に供給するものである。
特開平５−２０７６８号公報特許３３３４１１８号公報

しかし、特許文献１および特許文献２の充電装置では、充電条件が電気自動車に搭載される蓄電池の仕様に基づき設定されており、同じ充電装置で充電条件の異なる車両の充電が不可能であった。そのため、充電できる車種が限定され、充電条件がそれぞれ異なる複数の車両を充電する場合は、その車両の充電条件に適合する複数の充電装置が必要となる。また、充電装置から出力される電力がリップル、ノイズ、サージを含む品質の悪い電力である場合は、車両に搭載される蓄電池に悪影響を与えることになる。

ところで、蓄電池に適した急速充電制御機能を車両にもたせれば、同じ電力供給装置を用いて種々の車両の急速充電が実現でき、電気自動車の普及が図れる。したがって、電気自動車の促進を図るためには、単一の装置で種々の車両へ急速充電用の電力供給ができる急速充電用電力供給装置の開発が望まれる。また、車両に供給される電力が高品質のものであれば、供給電力のノイズやサージ等を考慮する必要がなくなり、車両の電気回路の設計も容易となる。現代においては地球環境の改善が急務であり、車両だけでなく排気ガスを放出する船舶や航空機を含む他の移動体についても環境技術の改善が求められる。

そこで、本発明は、単一の装置で種々の移動体へ急速充電用の電力供給ができ、しかも高品質の電力を移動体に供給することができる急速充電用電力供給装置および急速充電用電力供給方法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、急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給装置であって、直流電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段からの直流電力を貯蔵し純粋直流電力を出力する第一の蓄電手段と、前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な第二の蓄電手段が搭載される移動体に前記第一の蓄電手段からの純粋直流電力を直送する充電回路と、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には前記電力供給手段から前記第一の蓄電手段への給電を中止する給電制御手段と、を備えることを特徴とする急速
充電用電力供給装置である。

請求項２に記載の発明は、急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給方法であって、電力供給手段からの直流電力を第一の蓄電手段に貯蔵し、前記第一の蓄電手段から出力される純粋直流電力を前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な第二の蓄電手段が搭載される移動体に充電回路を介して直送し、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には前記電力供給手段から前記第一の蓄電手段への給電を中止することを特徴とする急速充電用電力供給方法である。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の急速充電用電力供給装置または請求項２に記載の急速充電用電力供給方法において、前記第一の蓄電手段には、前記充電回路が並列に複数接続されており複数の前記移動体の同時急速充電が可能であ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に記載の急速充電用電力供給装置において、前記充電回路には、少なくとも前記移動体からの充電情報に基づき前記充電回路を開閉する開閉手段が設けられてい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２に記載の急速充電用電力供給方法において、前記第一の蓄電手段から供給される直流電力の一部は、前記移動体の充電系統における発熱部の冷却に使用され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に記載の急速充電用電力供給装置において、前記電力供給手段は、入力された交流電力を直流電力に変換する整流器から構成されてい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６に記載の急速充電用電力供給装置において、前記給電制御手段は、特定時間帯のみ前記整流器からの直流電力を前記第一の蓄電手段へ供給する機能を有し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に記載の急速充電用電力供給装置において、前記電力供給手段は、燃料電池から構成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に記載の急速充電用電力供給装置において、前記第一の蓄電手段は、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ことを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の急速充電用電力供給装置において、前記整流器に入力される交流電力は、再生可能エネルギーを利用して発電されたことを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、請求項８に記載の急速充電用電力供給装置において、前記燃料電池は、化石燃料を改質して得られる水素を燃料とすることを特徴としている。

請求項１２に記載の発明は、請求項８に記載の急速充電用電力供給装置において、前記燃料電池は、再生可能エネルギーを利用して発電された電力により製造される水素を燃料とすることを特徴としている。

請求項１３に記載の発明は、請求項８に記載の急速充電用電力供給装置において、前記燃料電池には、該燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換し該交流電力を商用電源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１４に記載の発明は、請求項１に記載の急速充電用電力供給装置または請求項２に記載の急速充電用電力供給方法において、前記移動体は、車両と船舶と航空機の少なくともいずれか一つであることを特徴としている。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、移動体の充電時には、給電制御手段により電力供給手段と第一の蓄電手段が電気的に切り離された状態となり、第一の蓄電手段からのみ移動体へ電力が供給される。移動体には急速充電制御機能を持たせているので、第一の蓄電手段から供給される純粋直流電力を移動体側で第二の蓄電手段の充電条件に適合した電力に制御することができ、種類の異なる移動体であっても同じ急速充電用電力供給装置から供給される電力を利用した急速充電が可能となる。急速充電制御機能は、第二の蓄電手段の寿命等に影響を及ぼす非常に重要なものであり、充電制御機能を移動体に持たせることにより、移動体の設計においては第二の蓄電手段の特性を十分考慮した充電制御機能の設計が可能となる。従来では、急速充電装置と車両等の移動体は、別の製造者によりそれぞれ製造されていたが、急速充電制御機能を移動体側に持たせることにより、移動体の製造者による第二の蓄電手段と急速充電制御機能との一体設計が可能となる。したがって、第二の蓄電手段の性能を十分に発揮させる設計が可能となり、移動体の移動性能を高めることができる。また、純粋直流電力という高品質な電力が移動体に供給されることから、移動体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、移動体の電気回路の設計が容易になる。

請求項３に記載の発明によれば、第一の蓄電手段に充電回路が並列に複数接続されているので、充電条件が異なる複数の移動体であっても同時充電が可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、充電回路には少なくとも移動体からの充電情報に基づき充電回路を開閉する開閉手段が設けられているので、例えば移動体の充電が完了した場合には自動で充電を停止させることができ、また充電途中であっても強制的に充電を停止させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、移動体の充電時には第一の蓄電手段から供給される直流電力を利用して移動体の充電系統における発熱部の冷却を行うので、充電系統の冷却のために外部から冷媒を移動体に供給する必要がなく、冷却構造を簡素化することができる。

請求項６に記載の発明によれば、電力供給手段は交流電力を直流電力に変換する整流器から構成されているので、電力線が敷設されている地域であれば、容易に急速充電ステーションを建設することができる。

請求項７に記載の発明によれば、給電制御手段は特定時間帯のみ整流器からの直流電力を第一の蓄電手段へ供給する機能を有するので、例えば夜間帯の余剰商用電力を利用して第一の蓄電手段への電力供給が可能となり、電力負荷の平準化を図ることができる。

請求項８に記載の発明によれば、電力供給手段は燃料電池から構成されているので、商用電力の供給が困難な地域であっても発電が可能となり、充電ステーションの建設が容易となる。

請求項９に記載の発明によれば、第一の蓄電手段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ので、大きなエネルギー密度を得ることができ、比較的小さな収納スペースでも大電力を貯蔵することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、整流器に入力される交流電力は再生可能エネルギーを利用して発電されるので、化石燃料による発電のようにＣＯ_２の排出がなく、地球環境の改善に寄与することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、燃料電池は化石燃料を改質して得られる水素を燃料としているので、例えば自動車の給油所に貯留されている化石燃料を利用して発電することができ、給油所での急速充電が可能となる。また、化石燃料の適度な需要を確保しつつ、電気自動車社会に移行することができる。

請求項１２に記載の発明によれば、燃料電池は再生可能エネルギーを利用して発電された電力により製造される水素を燃料としているので、発電のための化石燃料が不要となり、エネルギー資源の節約と環境改善が図れる。

請求項１３に記載の発明によれば、燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換して商用電源系統に供給することができ、燃料電池からの電力を移動体の急速充電だけでなく分散電源として利用することができる。

請求項１４に記載の発明によれば、移動体は車両と船舶と航空機の少なくともいずれか一つであるので、あらゆる輸送分野で電気をエネルギーとする移動体の利用促進が図れ、ＣＯ_２の排出を地球規模で削減することができる。

本発明の実施の形態１に係わる急速充電用電力供給装置の概要図である。図１の装置における第一の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の装置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の装置における開閉手段の電気回路図である。図１の装置における車両の充電制御手段の電気回路図である。図１の装置における車両の冷却ユニットの概要図である。図１の装置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。本発明の急速充電用電力供給方法における充電手順を示すフローチャートである。本発明の急速充電用電力供給方法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。本発明の実施の形態２に係わる急速充電用電力供給装置の概要図である。図１０の装置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。本発明の実施の形態３に係わる急速充電用電力供給装置の概要図である。本発明の実施の形態４に係わる急速充電用電力供給装置の概要図である。本発明の実施の形態５に係わる急速充電用電力供給装置の概要図である。本発明の実施の形態６に係わる急速充電用電力供給装置に関連する発電システムのブロック図である。図１５の発電システムの要部平面図である。図１５の発電システムの周辺平面図である。図１５の発電システムを利用した移動体の急速充電の応用例を示すブロック図である。

符号の説明

１交流電源
４化石燃料
５改質器
６水素
１０急速充電用電力供給装置
１１整流器（電力供給手段）
１２給電制御手段
１５第一の蓄電手段
２０充電回路
２１充電スタンド
２３操作部
２６表示部
３０開閉手段
３１開閉器
３２開閉制御部
３６充電プラグ
５０車両（移動体）
６０冷却ユニット
６１電子冷却素子
６５充電コネクタ
８０充電制御手段
８１パワー制御部
８２充電制御ユニット
８３温度制御ユニット
８４充電情報処理部
８５第二の蓄電手段
９３容量判定手段
１００船舶（移動体）
１１０航空機（移動体）
１２０燃料電池（電力供給手段）
１２１インバータ

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９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装置１０を構成する電力供給手段としての整流器１１と、給電制御手段１２と、第一の蓄電手段１５と、他の機器類が配置されている。整流器１１の入力側は、建屋３内の電力線２に接続されている。整流器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。整流器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が接続されている。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に基づき整流器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、整流器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の少なくともいずれか一つから構成されている。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。整流器１１は、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。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ＤＣ３５０Ｖ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。

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を介して整流器１１の出力側に接続されている。建屋３には、充電回路２０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、充電回路２０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、充電回路２０とは、第一の蓄電手段１５からの純粋直流電力を後述する車両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２０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２０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、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からの純粋直流電力は、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からの純粋直流電力の車両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からの純粋直流電力は、充電回路２０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から供給される純粋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、入力された各信号に基づき必要に応じて給電制御手段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、入力された信号に基づき車両５０が充電中であると判断した際は、給電制御手段１２へ給電信号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、充電回路２０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に供給された純粋直流電力は、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、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。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、充電制御手段８０の詳細を示している。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からの純粋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から供給される純粋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１５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、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。

図５に示すように、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。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２０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。

図６は、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。

本発明の急速充電用電力供給装置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、移動体としての車両５０から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から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Ｓ７が給電制御手段１２に出力され、整流器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から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、整流器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。整流器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。

図８および図９は、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。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２０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、整流器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、整流器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２０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等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から供給される純粋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、純粋直流電力という高品質な電力を車両５０に供給することは、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、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、複数の車両を同時充電した場合は、第二の蓄電手段８５、８５ａ、８５ｂ、８５ｃ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となり、トラック５３の充電電流はＩ４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、８５ｃが満充電に到達した際は、各開閉手段３０から信号Ｓ７がそれぞれ給電制御手段１２に出力され、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。

（実施の形態２）
図１０および図１１は、本発明の実施の形態２を示しており、急速充電用電力供給装置１０に第一の蓄電手段１５の残存容量（残存電力量）を検知する機能を持たせている。本実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、第一の蓄電手段１５の残存容量を検知する機能および第一の蓄電手段１５の充電時間帯であり、その他の部分の構成は実施の形態１に準じるので、準じる部分に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も同様とする。

図１０において、第一の蓄電手段１５の出力側には、第一の電力量センサ９１が設けられている。第一の電力量センサ９１は、第一の蓄電手段１５から出力される電力量を計測する機能を有している。第一の蓄電手段１５の入力側には、第二の電力量センサ９２が設けられている。第二の電力量センサ９２は、第一の蓄電手段１５に入力される電力量を計測する機能を有している。第一の電力量センサ９１からの信号Ｓ３１および第二の電力量センサ９２からの信号Ｓ３２は、容量判定手段９３に入力されている。容量判定手段９３は、信号Ｓ３１と信号Ｓ３２に基づく情報から第一の蓄電手段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、給電制御手段１２に入力されるようになっている。

図１１は、本実施の態様における給電制御手段１２の制御動作手順を示している。ステップ１８１では、給電制御手段１２内のタイマ機能に基づき夜間帯であるか否か判断される。ここで夜間帯とは、例えば前日の２１時から翌日の６時までの時間帯を意味する。ステップ１８１で夜間帯でないと判断された場合は、ステップ１８５に進み、第一の蓄電手段１５への電力供給が停止される。ステップ１８１において、夜間帯であると判断された場合は、ステップ１８２に進み、車両５０からの充電要求があるか否か判断される。ステップ１８２にて車両５０からの充電要求がないと判断された場合は、ステップ１８３に進み、整流器１１からの直流電力が第一の蓄電手段１５に供給され、整流器１１からの直流電力による第一の蓄電手段１５の充電が継続される。ステップ１８２において、車両５０からの充電要求があると判断された場合は、ステップ１８４に進み、容量判定手段９３により第一の蓄電手段１５に貯蔵されている電力量が十分であるか否か判断される。ステップ１８４において、第一の蓄電手段１５が十分な電力量を貯蔵していると判断した場合は、ステップ１８５において整流器１１から第一の蓄電手段１５への電力供給が停止され、車両５０の急速充電が可能となる。ステップ１８４において、第一の蓄電手段１５が十分な電力量を貯蔵していないと判断した場合は、ステップ１８３に進み、整流器１１からの電力供給による第一の蓄電手段１５の充電が継続される。

このように構成された実施の態様２においては、夜間帯のみ第一の蓄電手段１５の電力供給を行うことにより、安価な夜間電力を第一の蓄電手段１５に貯蔵することができる。この第一の蓄電手段１５に貯蔵された夜間電力を昼間の時間帯において車両５０の急速充電に使用することで、電力負荷の平準化を図ることができる。なお、第一の蓄電手段１５の電力貯蔵能力が比較的小さい場合は、夜間帯は第一の蓄電手段１５のみへ電力を供給し、夜間帯における車両の急速充電を不可とする構成としてもよい。これとは反対に、第一の蓄電手段１５の電力貯蔵能力に余裕を持たせれば、急速充電が常時可能になるとともに、第一の蓄電手段１５に貯蔵された夜間電力の一部をインバータ等を介して昼間の時間帯に商用電源系統に供給することも可能となる。

（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３を示しており、移動体としての船舶の急速充電に適用した場合を示している。図１２に示すように、旅客船１００の第二の蓄電手段８５ｄと、電動ボート１０１の第二の蓄電手段８５ｅと、カーフェリー１０２の第二の蓄電手段８５ｆと、深海用潜水艇１０３の第二の蓄電手段８５ｇには、第一の蓄電手段１５に並列に接続された各充電回路２０から充電用の電力が供給可能となっている。地球環境改善の観点からは、電気動力で推進する船舶の利用促進が望まれる。船舶の原動機としては、例えば高性能な高温超伝導モーターを採用するのが望ましい。本実施の態様では、第一の蓄電手段１５から供給される純粋直流電力については、船舶毎に充電制御がなされることから、各第二の蓄電手段８５ｄ、８５ｅ、８５ｆ、８５ｇは最適な充電電圧および充電電流に制御され、各種船舶の同時急速充電が可能となる。

（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４を示しており、移動体としての航空機の急速充電に適用した場合を示している。図１３に示すように、双発機（垂直離着陸機・ＶＴＯＬ機を含む）１１０の第二の蓄電手段８５ｈと、単発機１１１の第二の蓄電手段８５ｉと、ヘリコプター１１２の第二の蓄電手段８５ｊと、飛行船１１３の第二の蓄電手段８５ｋには、第一の蓄電手段１５に並列に接続された各充電回路２０から充電用の電力が供給可能となっている。地球環境改善の観点から航空機についても、電気動力で推進する機体の利用促進が望まれる。各航空機は、第二の蓄電手段からの電力によりプロペラまたはロータブレードを回転駆動させて飛行する。本実施の態様では、第一の蓄電手段１５から供給される純粋直流電力については、航空機毎に充電制御がなされることから、各第二の蓄電手段８５ｈ、８５ｉ、８５ｊ、８５ｋは最適な充電電圧および充電電流に制御され、各種航空機の同時急速充電が可能となる。

（実施の形態５）
図１４は、本発明の実施の形態５を示しており、燃料電池からの電力を利用した移動体の急速充電システムを示している。図１４において、符号４は化石燃料を示しており、化石燃料４は給油所の地下タンクに貯留されている。地下タンク内の化石燃料４は地上側に設けられた改質器５に供給されるようになっている。改質器５は、供給された化石燃料４を水素６に改質する機能を有している。改質器５からの水素６は、燃料電池１２０に供給されるようになっている。燃料電池１２０は、供給された水素６と空気中の酸素より直流電力を発電する機能を有する。燃料電池１２０としては、例えば発電効率の高い固体酸化物形燃料電池が用いられている。また、燃料電池１２０による発電効率を高めるため、燃料電池１２０で生じる熱の一部は、例えば熱電交換素子（ゼーベック素子）又はスターリングエンジンなどを介して直流電力に変換されるようになっている。化石燃料４を貯留する地下タンクは、給油所の既存の地下タンクを利用することにより、設備投資コストを低減することができる。

燃料電池１２０から出力される直流電力は、給電制御手段１２またはインバータ１２１に供給可能となっている。燃料電池１２０の出力側には、切替スイッチ１２２が設けられており、切替スイッチ１２２の切替動作により、燃料電池１２０からの直流電力は給電制御手段１２またはインバータ１２１のいずれかに供給されるようになっている。インバータ１２１は、燃料電池１２０からの直流電力を交流電力に変換する機能を有している。インバータ１２１より変換された交流電力は、商用電源系統に供給されるようになっている。切替スイッチ１２２は、昼間の時間帯は燃料電池１２０からの直流電力をインバータ１２１のみに供給するように設定されている。これにより、燃料電池１２０から第一の蓄電手段１５への電力供給は夜間帯のみに行われる。第一の蓄電手段１５は、夜間帯に燃料電池１２０からの直流電力を貯蔵し、昼間の時間帯にのみ車両５０等の充電を行う。

燃料電池１２０へ供給される水素６は、改質器５からのみでなく、水素を運搬できるタンクローリ車等の水素供給手段７によっても供給可能である。急速充電用電力供給装置１０が設けられている給油所においては、改質器５からの水素６は、燃料電池５４ａを搭載した燃料電池車５４に供給可能となっている。また、化石燃料４は、エンジン５５ａが搭載された車両５５に供給可能となっている。したがって、改質器５および燃料電池１２０を採用することにより、車両５０の急速充電だけでなく燃料電池車５４および一般車両５５への燃料供給ができ、一つの給油所で多様なエネルギーの供給が可能となる。

このように構成された実施の態様５においては、電力供給手段は燃料電池１２０から構成されているので、商用電力が供給されていない地域であっても発電が可能となり、充電ステーションの建設が容易となる。また、燃料電池１２０からの直流電力は、商用電源系統に供給できるので、クリーンな電力を特定地域に供給する分散発電が可能となる。さらに、夜間帯に第一の蓄電手段１５に貯蔵された電力は、車両５０の急速充電として昼間の時間帯に使用されるので、電力負荷の平準化が図れる。そして、燃料電池１２０は、化石燃料を改質して得られる水素を燃料としているので、化石燃料の適度な需要を確保しつつ、電気自動車社会に移行することができる。

（実施の形態６）
図１５ないし図１８は、本発明の実施の形態６を示しており、再生可能エネルギー（自然エネルギー）により発電された電力を利用した移動体の急速充電システムを示している。本実施の態様が対象とする自然エネルギーは、河川であれば水流であり、海洋であれば海流である。本実施の形態では水流および海流のいずれにも適用できるが、ここでは河川の水流を利用した発電システムの例について説明する。

図１７において、河川２０１における川岸２０１ｂに近い水Ｗ１の中には、第一の水車２０２が３機設けられている。本実施の態様では、第一の水車２０２としてプロペラ式の水車が採用されているが、水流によって回転駆動力を得られるものであれば、サボニウス水車やダリウス水車など、種類を問わない。第一の水車２０２は、ポンプ２０３の回転軸に取付けられている。ポンプ２０３は、第一の水車２０２によって回転駆動される。ポンプ２０３から吐出される水Ｗ１の水量を十分に確保するため、第一の水車２０２とポンプ２０３の間には増速機（図示略）を設けるのが望ましい。ポンプ２０３は、第二の水車２０４に供給される水の圧力および流量に基づき、最適な種類およびサイズのものが選定される。本実施の形態では、３機の第一の水車２０２と３機のポンプ２０３が設けられている。各ポンプ２０３は、河川２０１の川底に設けられた基礎に固定されている。第一の水車２０２は、水中に埋没されるが、設置工事を容易にするため、第一の水車２０２およびポンプ２０３を地上側から支持する構成としてもよい。また、各ポンプ２０３は、図示されない金属フレームに固定して一つのユニット構造とし、各第一の水車２０２と各ポンプ２０３が水面から上昇できるように金属フレームを昇降可能な構造とすることが保守点検の観点から望ましい。各ポンプ２０３には、地上側に設けられた発電家屋２２０に向かって延びる配管２０６が接続されている。

配管２０６は、吸込み用配管２０６ａと吐出用配管２０６ｂとを有する。各ポンプ２０３の吸込み用配管２０６ａの先端には、フィルタ２１２が取付けられている。河川２０１の水流による第一の水車２の回転によってポンプ２０３が駆動されると、河川２０１の水Ｗ１の一部はフィルタ２１２を介してポンプ３により汲み上げられる。ポンプ２０３によって汲み上げられた水Ｗ１は、吐出用配管２０６ｂを介して第二の水車２０４側に供給される。ポンプ２０３の下流側の吐出用配管２０６ｂには、昇圧手段としての圧力制御弁２０７が設けられている。この圧力制御弁２０７は、各ポンプ２０３から吐出された水Ｗ１を所定の圧力まで上昇させる機能を有する。圧力制御弁２０７によって制御される水Ｗ１の圧力の値は、第二の水車２０４の種類に応じて最適値に設定されている。昇圧手段は、圧力制御弁２０７に限定されず、流路断面積を絞ることにより水Ｗ１の圧力を上昇させる調整弁等であってもよい。また、昇圧手段は、ポンプ２０３から吐出される水Ｗ１の脈動を吸収する機能を有する水圧タンク等に設けるのが望ましい。

発電家屋２２０には、第二の水車２０４、発電機２０５等が配置されている。第二の水車２０４および発電機２０５は、地上側に設けられた基礎に固定されている。第二の水車２０４の出力軸には、発電機２０５の回転軸が連結されている。発電機２０５は、第二の水車２０４の回転駆動力によって回転し、交流電力を発生させる。第二の水車２０４には、調速機２０８が設けられている。調速機２０８は、発電機２０５の負荷変動に合わせて第二の水車４に供給される水量を自動調整する機能を有する。これにより、発電機２０５の負荷変動による第二の水車２０４および発電機２０５の回転変動が防止され、交流電力の周波数は一定に保たれる。第二の水車２０４から吐出された水Ｗ１は、下流側配管２０６ｃを介して排出口２０６ｄから第一の水車２０２の上流側に戻される。

第二の水車２０４は、ダム式または水路式発電所等で採用される標準タイプのフランシス水車やペルトン水車等から構成されている。発電機２０５は、ダム式または水路式発電所等の水力発電所で使用されているものと同様の同期発電機から構成されている。第一の水車２０２およびポンプ２０３を複数採用したのは、河川２０１からの多量の水Ｗ１を供給し大型の第二の水車２０４を駆動させるためである。すなわち、第一の水車２０２およびポンプ２０３の台数を増加させることにより、ダム式や水路式発電所と同様の大型の第二の水車２０４を高速で回転させることが可能となる。これにより、河川２０１の水流を利用する発電であっても、比較的大規模な発電が可能となるとともに、水中に発電機を設置する構造に比べて保守性も向上する。また、第二の水車２０４および発電機２０５として一般の水力発電所で使用される標準タイプのものを採用することにより、発電装置の投資コストを低減することが可能となる。

従来の水力発電は、水の落差を利用して水車を駆動させる方式であり、水の落差がなければ発電ができない。これに対して、本実施の形態における発電システムでは、第一の水車２０２によって駆動されるポンプ２０３と圧力制御弁２０７等の昇圧手段との協働により汲み上げられた水Ｗ１の圧力エネルギーを高めるものであり、エネルギー密度を高める手段が従来の水力発電と異なる。したがって、本実施の形態の発電システムでは、発電機２０５を駆動させる第二の水車２０４がポンプ２０３の水Ｗ１の吸込み位置よりも高い位置にある場合でも発電が可能となり、水の落差を必要としない。

図１７に示すように、第一の水車２０２の上流側には、増速堰２３５が設けられている。この増速堰２３５は、川底に固定されている。増速堰２３５は、水Ｗ１の流れを特定の場所に集中させるものであれば、コンクリート、石を積んだ構造、防水膜、鉄製等、種類を問わない。例えば、鋼矢板を川底に連続して打ち込むことより、増速堰２３５は容易に得られる。増速堰２３５の上流側の端部２３５ｃは、川岸２０１ｂから遠く離れた場所に位置している。増速堰２３５の傾斜部２３５ａは、川岸２０１ａの近くから川を斜めに横断するように、第一の水車２０２の近くまで延びている。増速堰２３５の直線部２３５ｂは、第一の水車２０２の上流近くからポンプ２０３の下流近くまで、川の流れ方向と同じ方向に延びている。増速堰２３５の上流側における水の流れは、速度Ｖ１となっている。第一の水車２０２が位置する場所の水Ｗ１の流れは、増速堰２３５によって速度Ｖ１よりも著しく速められ、速度Ｖ２となっている。

本実施の態様では、増速堰２３５の頂部は水面から露出しているが、水面よりも少し低くすることは可能である。増速堰２３５の高さは、洪水時等の水量増加時に、水Ｗ１が氾濫しない高さに設定されている。増水時には、水Ｗ１は増速堰２３５を超えて下流側に流れる。水の流れが速い山間部等の場所では、増速堰２３５は不要である。平野部は山間部に比べて水の流れが緩やかになるが、水Ｗ１の流れを集中させる増速堰２３５を採用することにより、水Ｗ１のエネルギー密度を高めて第一の水車２０２を駆動させることができる。

発電機２０５によって生じた交流電力は、スイッチ２１１を介して需要家または変換器２２１に供給される。変換器２２１より直流に変換された電力は、電力貯蔵手段としてのバッテリー２２２側に供給される。電力の供給先は、負荷の変動に応じてスイッチ２１１により自動的に切替られる。バッテリー２２２は、電力貯蔵用の制御弁式鉛蓄電池から構成される。バッテリー２２２の電力貯蔵能力は、夜間帯に発電機２０５によって発電される全電力量を貯蔵できるのが望ましい。バッテリー２２２に貯蔵された直流電力は、変換機２２３により交流電力に変換される。コントローラ２２５は、負荷の変動に応じてバッテリー２２２に貯蔵された直流電力を変換機２２３を介して需要家に供給すう機能を有する。太陽電池２２４は、コントローラ２２５に電力を供給する。例えば、海外の未開発の地域では、最初は太陽電池２２４からの電力を利用してコントローラ２２５を動作させ、発電を開始する。その後の運用においては、変換機２２１を介してコントローラ２２５に電力が供給される。

図１８に示すように、発電機２０５からの電力の一部は、例えば水素製造装置２２６に送られるようになっている。水素製造装置２２６には、水２２７が供給されている。水素製造装置２２６を河川２０１の近くに設置すれば、河川２０１からの水２２７を水素製造装置２２６に容易に供給することができる。水素製造装置２２６では、水を発電機２０５からの電力を用いて電気分解することにより、水素２２８が製造される。例えば、図１８の装置を海外の降水量の多い地域の河川の近くに建設すれば、大電力を得ることができる。この大電力を送電線を介して港の近くに建設された水素製造装置２２６に供給すれば、港の近くで大量の水素を製造することができる。水素製造装置２２６によって製造された水素２２６は液化され、船などの水素輸送手段２２９によって海外の需要地に輸送される。発電機２０５から生じた電力を液体水素に変換して船で輸送するのは、海外への送電線による送電は電力損失が多く、発電単価が高くなるからである。

需要地の港に問う到着した水素２２８は、例えば港の近くに建設された発電所２３０に供給される。発電所２３０には、燃料電池２３１、電力貯蔵用バッテリー２３２、変換器２３３が設けられている。大型の燃料電池２３１は、供給された水素２２８によって直流電力を発生させる。燃料電池２３１から出力される直流電力の一部は、電力貯蔵用バッテリー２３２に貯蔵される。燃料電池２３１からの直流電力は、変換器２３３によって交流電力に変換され、需要家に送られる。なお、水素輸送手段２２９として、大容量バッテリー等の蓄電手段に貯蔵された電力や水素をエネルギーとする船舶を使用すれば、河川２０１での発電から発電所２３０での発電に至るまでの工程において、ＣＯ_２の排出を皆無にすることができる。これにより、ＣＯ_２の排出による地球温暖化を抑制することが可能となる。

ＣＯ_２排出による地球温暖化を抑制するためには、発電機２０５によって生じた電力を、モーターで走行する車両に供給することが望ましい。例えば、この自然エネルギーにより発電された電力は、図１５に示すように、本発明の急速充電用電力供給装置１０に供給されている。また、図１８に示すように、自然エネルギーにより発電された電力で製造された水素２８を利用して得た電力は、本発明の急速充電用電力供給装置１０に供給されている。このように、自然エネルギーによって得られた電力を急速充電用電力供給装置１０を利用して車両５０の充電に使用すれば、ＣＯ_２の排出量を大幅に低減することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態１ないし６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。例えば急速充電の対象となる移動体は、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、電力供給手段としての燃料電池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、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、水力や海流発電に限られず、風力発電、太陽光発電、バイオマス発電等も含まれることは勿論である。

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電気自動車の急速充電を行うことが知られている（特許文献１、２参照）。特許文献１の充電装置は、電力貯蔵用の設備蓄電池の充電および電気自動車用の蓄電池の充電を切替えスイッチにより一つの充電器で行うものである。特許文献２の充電装置は、昼間電力を蓄える昼間用蓄電池と夜間電力を蓄える夜間用蓄電池とを有しており、昼間の使用時に夜間用蓄電池に電力が残存している場合は、残存夜間電力を充電器を介して電気自動車の蓄電池に供給するものである。
特許文献１：特開平５−２０７６６８号公報
特許文献２：特許３３３４１１５号公報

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、供給される純粋直流電力を充電に最適な電圧および電流に制御する急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給装置であって、直流電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段からの直流電力を貯蔵し純粋直流電力を出力する第一の蓄電手段と、前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な第二の蓄電手段が搭載される移動体に前記第一の蓄電手段からの純粋直流電力を直送する充電回路と、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には前記電力供給手段から前記第一の蓄電手段への給電を中止する給電制御手段と、を備えることを特徴とする急速充電用電力供給装置である。

請求項２に記載の発明は、供給される純粋直流電力を充電に最適な電圧および電流に制御する急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給方法であって、電力供給手段からの直流電力を第一の蓄電手段に貯蔵し、前記第一の蓄電手段から出力される純粋直流電力を前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な第二の蓄電手段が搭載される移動体に充電回路を介して直送し、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には前記電力供給手段から前記第一の蓄電手段への給電を中止することを特徴とする急速充電用電力供給方法である。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、移動体の充電時には、給電制御手段により電力供給手段と第一の蓄電手段が電気的に切り離された状態となり、第一の蓄電手段からのみ移動体へ電力が供給される。移動体には急速充電制御機能を持たせているので、第一の蓄電手段から供給される純粋直流電力を移動体側で第二の蓄電手段の充電条件に適合した電力に制御することができ、種類の異なる移動体であっても同じ急速充電用電力供給装置から供給される電力を利用した急速充電が可能となる。急速充電制御機能は、第二の蓄電手段の寿命等に影響を及ぼす非常に重要なものであり、充電制御機能を移動体に持たせることにより、移動体の設計においては第二の蓄電手段の特性を十分考慮した充電制御機能の設計が可能となる。従来では、急速充電装置と車両等の移動体は、別の製造者によりそれぞれ製造されていたが、急速充電制御機能を移動体側に持たせることにより、移動体の製造者による第二の蓄電手段と急速充電制御機能との一体設計が可能となる。したがって、第二の蓄電手段の性能を十分に発揮させる設計が可能となり、移動体の移動性能を高めることができる。また、純粋直流電力という高品質な電力を移動体に供給することは、高品質の電力が供給されることを前提として移動体の電気制御回路を設計することができる。したがって、急速充電において移動体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、移動体の電気制御回路の設計が容易になる。

需要地の港に到着した水素２２８は、例えば港の近くに建設された発電所２３０に供給される。発電所２３０には、燃料電池２３１、電力貯蔵用バッテリー２３２、変換器２３３が設けられている。大型の燃料電池２３１は、供給された水素２２８によって直流電力を発生させる。燃料電池２３１から出力される直流電力の一部は、電力貯蔵用バッテリー２３２に貯蔵される。燃料電池２３１からの直流電力は、変換器２３３によって交流電力に変換され、需要家に送られる。なお、水素輸送手段２２９として、大容量バッテリー等の蓄電手段に貯蔵された電力や水素をエネルギーとする船舶を使用すれば、河川２０１での発電から発電所２３０での発電に至るまでの工程において、ＣＯ_２の排出を皆無にすることができる。これにより、ＣＯ_２の排出による地球温暖化を抑制することが可能となる。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、供給される直流電力を第二の蓄電手段の充電に最適な電圧および電流に制御する急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給装置であって、直流電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段からの直流電力を貯蔵し前記第二の蓄電手段に対して大容量であり純粋直流電力を出力することが可能な第一の蓄電手段と、前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な前記第二の蓄電手段が搭載される移動体に前記第一の蓄電手段からの直流電力を直送する充電回路と、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には前記電力供給手段と前記第一の蓄電手段を電気的に切り離す給電制御手段と、を備えることを特徴とする急速充電用電力供給装置である。

請求項２に記載の発明は、供給される直流電力を第二の蓄電手段の充電に最適な電圧および電流に制御する急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給方法であって、前記第二の蓄電手段に対して大容量であり純粋直流電力を出力することが可能な第一の蓄電手段に電力供給手段からの直流電力を貯蔵し、前記第一の蓄電手段から出力される直流電力を前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な前記第二の蓄電手段が搭載される移動体に充電回路を介して直送し、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には給電制御手段によって前記電力供給手段と前記第一の蓄電手段を電気的に切り離す、ことを特徴とする急速充電用電力供給方法である。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、移動体の充電時には、給電制御手段により電力供給手段と第一の蓄電手段が電気的に切り離された状態となり、第一の蓄電手段からのみ移動体へ電力が供給される。移動体には急速充電制御機能を持たせているので、第一の蓄電手段から供給される直流電力を移動体側で第二の蓄電手段の充電条件に適合した電力に制御することができ、種類の異なる移動体であっても同じ急速充電用電力供給装置から供給される電力を利用した急速充電が可能となる。急速充電制御機能は、第二の蓄電手段の寿命等に影響を及ぼす非常に重要なものであり、充電制御機能を移動体に持たせることにより、移動体の設計においては第二の蓄電手段の特性を十分考慮した充電制御機能の設計が可能となる。従来では、急速充電装置と車両等の移動体は、別の製造者によりそれぞれ製造されていたが、急速充電制御機能を移動体側に持たせることにより、移動体の製造者による第二の蓄電手段と急速充電制御機能との一体設計が可能となる。したがって、第二の蓄電手段の性能を十分に発揮させる設計が可能となり、移動体の移動性能を高めることができる。
また、純粋直流電力という高品質な電力を移動体に供給することが可能であるということは、高品質の電力が供給されることを前提として移動体の電気制御回路を設計することができる。したがって、急速充電において移動体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、移動体の電気制御回路の設計が容易になる。すなわち、移動体の充電時には、給電制御手段によって第一の蓄電手段は電力供給手段と電気的に切り離されるので、電力供給手段が接続される送電系統にサージやノイズが発生しても、第一の蓄電手段から移動体へ供給される直流電力については、これらのサージやノイズの影響をほとんど受けることがなくなる。この結果、電力供給手段側に生じる予期しないレベルのサージやノイズを考慮する必要がなく、移動体の電気回路におけるサージ抑制やノイズ抑制に対する設計が容易となる。

Claims

急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給装置であって、直流電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段からの直流電力を貯蔵し純粋直流電力を出力する第一の蓄電手段と、前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な第二の蓄電手段が搭載される移動体に前記第一の蓄電手段からの純粋直流電力を直送する充電回路と、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には前記電力供給手段から前記第一の蓄電手段への給電を中止する給電制御手段と、を備えることを特徴とする急速充電用電力供給装置。
急速充電制御機能を有する移動体へ急速充電のための電力を供給する急速充電用電力供給方法であって、電力供給手段からの直流電力を第一の蓄電手段に貯蔵し、前記第一の蓄電手段から出力される純粋直流電力を前記第一の蓄電手段からの直流電力が貯蔵可能な第二の蓄電手段が搭載される移動体に充電回路を介して直送し、前記第一の蓄電手段からの電力供給による前記第二の蓄電手段の充電時には前記電力供給手段から前記第一の蓄電手段への給電を中止することを特徴とする急速充電用電力供給方法。
前記第一の蓄電手段には、前記充電回路が並列に複数接続されており複数の前記移動体の同時急速充電が可能である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装置または請求項２に記載の急速充電用電力供給方法。
前記充電回路には、少なくとも前記移動体からの充電情報に基づき前記充電回路を開閉する開閉手段が設けられている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装置。
前記第一の蓄電手段から供給される直流電力の一部は、前記移動体の充電系統における発熱部の冷却に使用されることを特徴とする請求項２に記載の急速充電用電力供給方法。
前記電力供給手段は、入力された交流電力を直流電力に変換する整流器から構成されている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装置。
前記給電制御手段は、特定時間帯のみ前記整流器からの直流電力を前記第一の蓄電手段へ供給する機能を有していることを特徴とする請求項６に記載の急速充電用電力供給装置。
前記電力供給手段は、燃料電池から構成されている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装置。
前記第一の蓄電手段は、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装置。
前記整流器に入力される交流電力は、再生可能エネルギーを利用して発電されたことを特徴とする請求項６に記載の急速充電用電力供給装置。
前記燃料電池は、化石燃料を改質して得られる水素を燃料とする請求項８に記載の急速充電用電力供給装置。
前記燃料電池は、再生可能エネルギーを利用して発電された電力により製造される水素を燃料とする請求項８に記載の急速充電用電力供給装置。
前記燃料電池には、該燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換し該交流電力を商用電源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８に記載の急速充電用電力供給装置。
前記移動体は、車両と船舶と航空機の少なくともいずれか一つである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装置または請求項２に記載の急速充電用電力供給方法。