JP5386348B2

JP5386348B2 - 電動式移動体および電動式移動体の急速充電方法

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Publication number: JP5386348B2
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Inventors: 富男菅野
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Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2014-01-15
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Description

本発明は、電動機を原動機とする車両や船舶等の電動式移動体に関し、とくに外部の電力供給装置から供給される電力により急速充電が可能な電動式移動体および電動式移動体の急速充電方法に関する。

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。

また、大電流を電気自動車に供給する急速充電の場合は、充電系統が発熱することから充電系統の強制冷却が必要となる。そこで、急速充電における充電系統を冷却するようにした電動式移動体が知られている（特許文献３参照。）。この電動式移動体においては、外部から蓄電池を冷却するための冷風を供給し、急速充電時における蓄電池の過熱を防止するようにしている。
特開平５−２０７６６８号公報特許３３３４１１５号公報特開平８−３７７０５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複数の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同時に充電する場合は、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。特許文献３の電動式移動体では、急速充電に際し蓄電池冷却のための冷媒を外部から供給する必要があり、充電作業が煩雑となるとともに装置の構成が複雑となる。

ところで、電気自動車に搭載される蓄電池に適合した急速充電制御機能をその電気自動車にもたせれば、各電気自動車の充電条件が異なる場合でも同じ電力供給装置からの電力供給により種々の電気自動車の同時急速充電が可能となり、電気自動車の普及が図れる。また、急速充電に伴う充電系統の発熱部の冷却を外部から冷媒を供給することなく行うことができれば、急速充電作業が容易になり、装置の構成を簡素化することもできる。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電動化が求められる。

そこで、本発明は、充電条件が異なる場合でも同じ電力供給装置からの電力供給により同時に急速充電ができ、しかも冷媒を外部から供給することなく充電系統の冷却が可能な電動式移動体および電動式移動体の急速充電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、外部の電力供給装置から供給される電力を貯蔵する蓄電手段を搭載し、該蓄電手段に貯蔵された電力を利用して移動する電動式移動体であって、前記外部の電力供給装置から直送される直流電力を前記蓄電手段の急速充電に適合した電圧および電流に制御する充電制御手段と、前記外部の電力供給装置から直送される直流電力を利用して前記蓄電手段の充電系統の強制冷却を行う冷却手段と、を備えたことを特徴とする電動式移動体である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動式移動体において、前記冷却手段は、前記外部の電力供給装置からの直流電力で動作する電子冷却素子を有する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に記載の電動式移動体において、前記充電制御手段は、前記電力供給装置から供給される直流電力を前記蓄電手段の急速充電に適合した電圧に調整する直流チョッパ回路を有する充電制御ユニットを備え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に記載の電動式移動体において、前記蓄電手段は、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に記載の電動式移動体において、前記蓄電手段は、リチウムイオン電池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に記載の電動式移動体において、前記充電制御手段には、前記蓄電手段の充電完了を運転者の携帯受信機に通報する充電終了アラーム手段が接続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、第一の蓄電手段を備えた外部の電力供給装置から供給される電力を、搭載する第二の蓄電手段に貯蔵し、前記第二の蓄電手段に貯蔵された電力を利用して移動する電動式移動体の急速充電方法であって、前記外部の電力供給装置の前記第一の蓄電手段から直送される直流電力を前記第二の蓄電手段の急速充電に適合した電圧および電流に制御し、前記外部の電力供給装置の前記第一の蓄電手段から直送される直流電力を利用して前記第二の蓄電手段の充電系統の強制冷却を行うことを特徴とする電動式移動体の急速充電方法である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電動式移動体の急速充電方法において、前記電動式移動体に供給される電力は、前記電力供給装置の前記第一の蓄電手段からの純粋直流電力であ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７に記載の電動式移動体の急速充電方法は、前記電力供給装置からの直流電力は、コンダクティブ充電方式またはインダクティブ充電方式のいずれかにより前記電動式移動体に供給され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７に記載の電動式移動体の急速充電方法において、前記電動式移動体に供給される直流電力は、再生可能エネルギーにより発電された電力であることを特徴としている。

請求項１および請求項７に記載の発明によれば、電力供給装置から供給される電力は、蓄電手段の急速充電に適合した電圧および電流に制御されるので、充電条件の異なる電動式移動体であっても同じ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。充電制御は、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、蓄電手段に適合した充電制御機能を移動体側に持たせることにより、電動式移動体の設計においては蓄電手段の特性を十分考慮した充電制御の設計が可能となる。従来では、急速充電装置と車両等の電動式移動体は、別の製造者によりそれぞれ製造されていたが、充電制御機能を移動体側に持たせることにより、電動式移動体の製造者による蓄電手段と充電制御との一体設計が可能となる。したがって、蓄電手段の性能を十分に発揮させる設計が可能となり、電動式移動体の移動性能（たとえば走行可能距離数）を高めることができる。また、充電系統の発熱部の冷却は、電力供給装置から供給される電力を利用する冷却手段により行うので、外部からの冷媒の供給が不要となり、充電作業が容易になるとともに、装置の構成を簡素化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、充電系統の発熱部の冷却は電力供給装置からの電力で動作する電子冷却素子を用いて行うので、フロンなどの冷媒が不要となり、地球環境改善に寄与することができる。

請求項３に記載の発明によれば、充電制御手段は、直流チョッパ回路を有する充電制御ユニットを備えているので、蓄電手段の充電電圧と電力供給装置から供給される電力の出力電圧が異なる場合であっても、蓄電手段の急速充電に最適な充電電圧に調整することができる。

請求項４および請求項５に記載の発明によれば、蓄電手段のエネルギー密度を高めることができるので、蓄電手段に大電力を貯蔵することが可能となり、一回の急速充電での電動式移動体の移動距離を長くすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、充電終了アラーム手段により蓄電手段の充電完了が運転者の携帯受信機に通報されるので、充電中に運転者は電動式移動体から離れて行動することができ、運転者は充電時間を有効に使うことができる。

請求項８に記載の発明によれば、純粋直流電力という高品質な電力が電動式移動体に供給されることから、電動式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、電動式移動体の電気回路の設計が容易になる。

請求項９に記載の発明によれば、電力供給装置からの電動式移動体への電力供給は、導体を接触させるコンダクティブ充電方式に限られず、電磁誘導を利用した非接触によるインダクティブ充電方式でも可能であるので、充電作業が容易となる。

請求項１０に記載の発明によれば、電動式移動体に供給される電力は再生可能エネルギーにより発電された電力であるので、発電の際のＣＯ_２の排出がなく、地球環境に改善に寄与することができる。

本発明の実施の形態１に係わる電動式移動体と電力供給装置との接続関係を示す電気回路図である。図１の電動式移動体における充電制御手段の電気回路図である。図１の電動式移動体における冷却ユニットの概要図である。図１の電動式移動体を複数台同時に充電するための電力供給装置の概要図である。図４の電力供給装置における充電スタンドの近傍の正面図である。図４の電力供給装置における開閉手段の電気回路図である。図４の電力供給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。図４の電力供給装置における充電手順を示すフローチャートである。図４の電力供給装置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に係わる電動式移動体の急速充電状態を示す概要図である。本発明の実施の形態３に係わる電動式移動体の急速充電状態を示す概要図である。本発明の実施の形態４に係わる電動式移動体の急速充電を行う充電スタンドの近傍の正面図である。本発明の実施の形態５に係わる電動式移動体の再生可能エネルギーによる電力を利用した急速充電を示す概要図である。

符号の説明

５風力発電装置
６太陽光発電装置
７電力調整器
１０電力供給装置
１５第一の蓄電手段（電力貯蔵手段）
２０充電回路
２１充電スタンド
３０開閉手段
３１開閉器
３２開閉制御部
３６充電プラグ
５０車両（電動式移動体）
６０冷却手段
６１電子冷却素子
６５充電コネクタ
７５充電終了アラーム手段
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（蓄電手段）
８９携帯受信機
９５一次側コイル
９６二次側コイル
１００船舶（電動式移動体）
１１０航空機（電動式移動体）

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５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、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。

電力貯蔵手段としての第一の蓄電手段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。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、大容量の電気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。ここで、リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池と電気二重層キャパシタの両方の要素を兼ね備えた蓄電手段である。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。第一の蓄電手段１５の総電圧は、後述する車両５０の第二の蓄電手段８５の総電圧に近くなるように設定するのが望ましい。本実施の形態においては、第一の蓄電手段１５の総電圧は、例えばＤＣ３５０Ｖ程度に設定されているが、セルの増減により変えることができる。

図５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４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、室内温度をほぼ一定に保つことで第一の蓄電手段１５の寿命が高められている。

図５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、充電時には電動式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１は、充電時における充電スタンド２１と電動式移動体としての車両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６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１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。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してもよいし、リチウムイオン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。リチウムイオンキャパシタは、上述したようにリチウムイオン電池と電気二重層キャパシタの両方の要素を兼ね備えた蓄電手段である。

第二の蓄電手段８５の総電圧は、本実施の形態では第一の蓄電手段１５の総電圧に近い約３５０Ｖとなっている。ここで、充電制御手段８０は第二の蓄電手段８５の急速充電に最適な充電制御機能を有しているので、第二の蓄電手段８５の総電圧と第一の蓄電手段１５の総電圧が著しく異なる場合でも、第二の蓄電手段８５の急速充電に支障はない。すなわち、第一の蓄電手段１５は、急速充電時には車両５０の第二の蓄電手段８５への電力供給により残存容量が徐々に少なくなり、総電圧も低下することになるが、第一の蓄電手段１５の総電圧が低下した場合でも、充電制御手段８０により第二の蓄電手段８５の急速充電は最適な充電電圧で行われる。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手段６０が搭載されている。

図２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、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の総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２に示すように、車両５０には交流電力を直流電力に変換する変換器９１が搭載されている。変換器９１の入力側には、先端に充電プラグ９３を有するケーブル９２が接続されている。変換器９１の出力側は、充電制御ユニット８２に接続されている。充電プラグ９３は、例えば家庭用の１００Ｖ用または２００Ｖ用コンセントに接続可能となっている。充電プラグ９３は、家庭用の交流電源を使用して車両５０の充電をするためのものであり、充電プラグ９３を介しての車両５０への電力供給は夜間帯に行われる。家庭用の１００Ｖコンセントからの交流電力は、変換器９１によって直流電力に変換された後、充電制御ユニット８２により第二の蓄電手段８５の充電条件に適した電圧および電流に調整されるようになっている。このように、車両５０は、充電ステーションにおける急速充電と家庭での夜間帯の長時間充電の双方が可能な構造となっている。

図２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６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１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、充電終了アラーム手段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、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。

充電終了アラーム手段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手段７５に出力される。直流チョッパ回路を有する充電制御ユニットは、無線により運転者８８が所有する携帯受信機（携帯電話機を含む）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。

図３は、車両５０の充電系統を冷却するための冷却手段６０の構成を示している。冷却手段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手段６０に供給するようになっている。図３は、冷却手段６０によりパワー制御部８１および第二の蓄電手段８５のみが冷却される状態を示しているが、冷却手段６０はこれらの冷却のみならず、急速充電のための大電流により発熱する部位を冷却する機能も有する。

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、冷却手段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。さらに、充電系統を循環する水を電子冷却素子６１で冷却し、その冷却された水を利用して発熱部の冷却を行う構成としてもよい。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、冷却手段６０は第一の蓄電手段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を利用する構成に限られず、たとえば内燃機関の強制冷却のようにラジエータを通過する冷却水を電動ファンで冷却する構造であってもよい。また、充電系統の発熱部に熱発電素子（図示略）を取付け、この熱発電素子で発電された電力を車両５０で有効利用する構成としてもよい。

本発明の電力供給装置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４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、電動式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、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。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、冷却手段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手段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、充電開始と同時に冷却手段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（ステップ１７５）。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（ステップ１７６）。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４に示すように、複数の車両であっても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、充電制御手段８０の機能は、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４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、各車両の充電が自動的に停止される。

冷却手段６０は、本実施の形態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、冷却手段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を用いた冷却手段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。

本実施の形態では、第一の蓄電手段１５は定位置に固定されているが、第一の蓄電手段１５をトラックなどに積載しておけば、このトラックを補充電用車両として使用することができる。つまり、車両５０に搭載される充電制御手段８０は第二の蓄電手段８５に対して最適な充電を行う機能を有しているので、トラックには車両５０の充電のための制御装置を搭載する必要がなくなり、急速充電ステーションがない地域において、長距離走行によって車両５０の第二の蓄電手段８５の残存容量が著しく低下した場合でも、トラックに積載された第一の蓄電手段１５を利用して第二の蓄電手段８５の急速充電を容易に行うことができる。このように、トラックに積載された一つの第一の蓄電手段１５からの直流電力を利用して、図４に示す各種車両５０、５１、５２、５３の急速充電が可能となる。

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２を示しており、電動式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１０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３）
図１１は、本発明の実施の形態３を示しており、電動式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１１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。航空機の原動機としては、例えば軽量なコアレスモータなどを採用するのが望ましい。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。なお、航空機の場合は、機体重量との関係から大容量の第二の蓄電手段８５ｈ、８５ｉ、８５ｊ、８５ｋを多量に搭載するのが難しい場合は、第二の蓄電手段８５ｈ、８５ｉ、８５ｊ、８５ｋと燃料電池とを併用する構成としてもよい。

（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４を示しており、実施の形態１の変形例を示している。ここで、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付すことにより、その説明を省略する。後述する他の実施の形態も同様とする。

実施の形態１は、導体を接触させて給電するコンダクティブ充電方式を示しているが、実施の形態４においては充電作業を容易にするため、電磁誘導を利用した非接触での給電が可能なインダクティブ充電方式を採用している。図１２に示すように、開閉手段３０には直流を交流に変換するインバータ４０が接続されている。インバータ４０は、第一の蓄電手段１５からの直流電力を高い周波数の交流に変換する機能を有している。インバータ４０の出力側は、地中に埋設された一次側コイル９５に接続されている。一次側コイル９５は、上面のみが地表面に露出した状態で地中に埋設されている。車両５０の床部には、二次側コイル９６が搭載されている。急速充電時には、二次側コイル９６が一次側コイル９５と対向するように、車両５０が一次側コイル９５の直上に停車するようになっている。急速充電時には、インバータ４０から第一のコイル９５へ高周波電力が供給され、電磁誘導によって二次側コイル９６には交流電力が誘起するようになっている。二次側コイル９６に生じた交流電力は変換器（コンバータ）９７により直流電力に変換され、変換された直流電力は充電制御手段８０に供給され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、第一の蓄電手段１５からの電力は非接触状態で車両５０の充電制御手段８０に供給されることになり、図５のように充電プラグ３６を用いることなく、急速充電が可能となる。したがって、急速充電に際し機械的な連結が不要となり、急速充電作業が著しく容易になる。

（実施の形態５）
図１３は、この発明の実施に形態５を示しており、実施の形態１の変形例を示している。風力発電装置５や太陽光発電装置６は、化石燃料を使用しない発電装置であり、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、風力発電装置５や太陽光発電装置６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５においては、出力変動が大きい風力発電装置５や太陽光発電装置６からの電力を第一の蓄電手段１５に貯蔵し、貯蔵された電力を利用して車両５０の急速充電を行うものである。

図１３に示すように、給電制御手段１２の入力側には、電力調整器７が接続されている。風力発電装置５からの電力または太陽光発電装置６からの電力は、電力調整器７によって第一の蓄電手段１５に入力可能な直流電力に調整された後、給電制御手段１２を介して第一の蓄電手段１５に供給されるようになっている。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。第一の蓄電手段１５に供給される電力は、風力発電装置５のみからの電力であってもよいし、太陽光発電装置６のみからの電力あってもよい。また、風力発電装置５からの電力と太陽光発電装置６からの電力のいずれもを、第一の蓄電手段１５に供給する構成であってもよい。

このように構成された実施の形態５においては、出力変動が大きい風力発電装置５や太陽光発電装置６からの電力を第一の蓄電手段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、５１、５２、５３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出力電力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５にように、風力発電装置５や太陽光発電装置６からの電力を第一の蓄電手段１５に貯蔵し、各種車両５０、５１、５２、５３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、太陽光や風力など再生可能エネルギーの利用促進を図ることができる。

以上、この発明の実施の形態１ないし５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および産業機械等も含まれる。また、実施の態様１で説明したように、電力供給装置１０から電動式移動体としての車両５０に供給される直流電力は純粋直流電力が望ましいが、車両５０に供給される直流電力は整流器から出力されるリップルを含んだ直流電力であってもよいことは勿論である。

Claims

外部の電力供給装置から供給される電力を貯蔵する蓄電手段を搭載し、該蓄電手段に貯蔵された電力を利用して移動する電動式移動体であって、前記外部の電力供給装置から直送される直流電力を前記蓄電手段の急速充電に適合した電圧および電流に制御する充電制御手段と、前記外部の電力供給装置から直送される直流電力を利用して前記蓄電手段の充電系統の強制冷却を行う冷却手段と、を備えたことを特徴とする電動式移動体。
前記冷却手段は、前記外部の電力供給装置からの直流電力で動作する電子冷却素子を有することを特徴とする請求項１に記載の電動式移動体。
前記充電制御手段は、前記電力供給装置から供給される直流電力を前記蓄電手段の急速充電に適合した電圧に調整する直流チョッパ回路を有する充電制御ユニットを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動式移動体。
前記蓄電手段は、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ことを特徴とする請求項１に記載の電動式移動体。
前記蓄電池は、リチウムイオン電池から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式移動体。
前記充電制御手段には、前記蓄電手段の充電完了を運転者の携帯受信機に通報する充電終了アラーム手段が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式移動体。
第一の蓄電手段を備えた外部の電力供給装置から供給される電力を、搭載する第二の蓄電手段に貯蔵し、前記第二の蓄電手段に貯蔵された電力を利用して移動する電動式移動体の急速充電方法であって、前記外部の電力供給装置の前記第一の蓄電手段から直送される直流電力を前記第二の蓄電手段の急速充電に適合した電圧および電流に制御し、前記外部の電力供給装置の前記第一の蓄電手段から直送される直流電力を利用して前記第二の蓄電手段の充電系統の強制冷却を行うことを特徴とする電動式移動体の急速充電方法。
前記電動式移動体に供給される電力は、前記電力供給装置の前記第一の蓄電手段からの純粋直流電力であることを特徴とする請求項７に記載の電動式移動体の急速充電方法。
前記電力供給装置からの直流電力は、コンダクティブ充電方式またはインダクティブ充電方式のいずれかにより前記電動式移動体に供給されることを特徴とする請求項７に記載の電動式移動体の急速充電方法。
前記電動式移動体に供給される直流電力は、再生可能エネルギーにより発電された電力であることを特徴とする請求項７に記載の電動式移動体の急速充電方法。