專利名稱：快速充電用供電裝置以及快速充電用供電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠向車輛、船舶等的移動體提供快速充電的電能的 快速充電用供電裝置以及快速充電用供電方法。
背景技術(shù)：
電動汽車因不排放廢氣而在環(huán)境保護方面有優(yōu)勢，但是電動汽車有需 要比較長的時間來充電的問題。為了縮短充電時間，需要在短時間內(nèi)向電 動汽車提供大的電能，在僅鋪設(shè)了低壓電線的地域，需要增大電量設(shè)備的 受電容量。因此，公知了對商用交流電進行整流而向蓄電池中儲存直流電， 利用所儲存的直流電來進行電動汽車的快速充電的技術(shù)(參照專利文獻1、
2)。專利文獻l的充電裝置是利用切換開關(guān)通過一個充電器來對儲電用的 設(shè)備蓄電池進行充電以及對電動汽車用的蓄電池進行充電的裝置。專利文 獻2的充電裝置具有儲存白天電能的白天用蓄電池和儲存夜間電能的夜間 用蓄電池，在白天使用時，若在夜間用蓄電池中殘留有電能，則通過充電 器將剩余夜間電能提供給電動汽車的蓄電池。
專利文獻l:日本特開平5—20768號公報
專利文獻2:日本專利3334118號公報
然而，在專利文獻1以及專利文獻2的充電裝置中，充電條件是根據(jù) 搭載于電動汽車的蓄電池的規(guī)格而設(shè)定的，不可能利用相同的充電裝置對 充電條件不同的車輛進行充電。因此，能夠充電的車種受到了限制，在對 充電條件分別不同的多個車輛進行充電的情況下，需要使用適合各車輛的 充電條件的多個充電裝置。此外，在從充電裝置輸出的電能是包含波動 (ripple)、噪聲(noise)、電涌(surge)的品質(zhì)差的電能的情況下，會給 搭載于車輛的蓄電池帶來不好的影響。
然而，若使車輛具有適合蓄電池的快速充電控制功能，則能夠 用相 同的供電裝置實現(xiàn)對各種車輛進行快速充電，這有利于電動汽車的普及。因此，為了促進電動汽車的發(fā)展，希望開發(fā)一種快速充電用供電裝置，能 夠通過單一的裝置向各種車輛提供快速充電用的電能。此外，若向車輛提 供的電能的品質(zhì)高，則不需要考慮供電的噪聲、電涌等，從而使得車輛的 電路設(shè)計變得容易。在現(xiàn)代社會中，地球環(huán)境的改善是一項緊要的任務(wù)， 不僅車輛如此，對于排放廢氣的船舶、飛機等其他的移動體而言，也要考 慮環(huán)境技術(shù)的改善。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種快速充電用供電裝置以及快速充電 用供電方法，能夠通過單一的裝置向各種移動體提供快速充電用的電能， 而且能夠向移動體提供高品質(zhì)的電能。
為了達成上述目的，技術(shù)方案l中的發(fā)明是一種快速充電用供電裝置， 向具有快速充電控制功能的移動體供給用于快速充電的電能，其特征在于， 具備供電機構(gòu)，用于供給直流電；第一蓄電機構(gòu)，儲存來自上述供電機 構(gòu)的直流電并輸出純直流電；充電電路，向搭載了第二蓄電機構(gòu)的移動體 直接輸送來自上述第一蓄電機構(gòu)的純直流電，所述第二蓄電機構(gòu)能夠儲存 來自上述第一蓄電機構(gòu)的直流電；以及供電控制機構(gòu)，在基于來自上述第 一蓄電機構(gòu)的供電而進行上述第二蓄電機構(gòu)的充電時，中止從上述供電機 構(gòu)向上述第一蓄電機構(gòu)的供電。
技術(shù)方案2的發(fā)明是一種快速充電用供電方法，向具有快速充電控制 功能的移動體供給用于快速充電的電能，其特征在于，將來自供電機構(gòu)的 直流電儲存至第一蓄電機構(gòu)，通過充電電路，將從上述第一蓄電機構(gòu)輸出 的純直流電直接輸送至搭載了第二蓄電機構(gòu)的移動體，所述第二蓄電機構(gòu) 能夠儲存來自上述第一蓄電機構(gòu)的直流電，在基于來自上述第一蓄電機構(gòu) 的供電而進行上述第二蓄電機構(gòu)的充電時，中止從上述供電機構(gòu)向上述第 一蓄電機構(gòu)的供電。
技術(shù)方案3的發(fā)明是如技術(shù)方案1或2所述的快速充電用供電裝置或 快速充電用供電方法，其特征在于，上述第一蓄電機構(gòu)與多個上述充電電 路并聯(lián)連接，能夠?qū)Χ鄠€上述移動體同時進行快速充電。
技術(shù)方案4的發(fā)明是如技術(shù)方案1所述的快速充電用供電裝置，其特
5征在于，上述充電電路中設(shè)有開閉機構(gòu)，該開閉機構(gòu)根據(jù)至少來自上述移 動體的充電信息對上述充電電路進行開閉。
技術(shù)方案5的發(fā)明是如技術(shù)方案2所述的快速充電用供電方法，其特 征在于，由上述第一蓄電機構(gòu)供給的直流電的一部分用于對上述移動體的 充電系統(tǒng)中的發(fā)熱部的冷卻。
技術(shù)方案6的發(fā)明是如技術(shù)方案1所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，上述供電機構(gòu)由將輸入的交流電變換為直流電的整流器構(gòu)成。
技術(shù)方案7的發(fā)明是如技術(shù)方案6所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，上述供電控制機構(gòu)具有僅在規(guī)定時間段向上述第一蓄電機構(gòu)供給 來自上述整流器的直流電的功能。
技術(shù)方案8的發(fā)明是如技術(shù)方案1所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，上述供電機構(gòu)由燃料電池構(gòu)成。
技術(shù)方案9的發(fā)明是如技術(shù)方案1所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，上述第一蓄電機構(gòu)由蓄電池和雙電層電容器中的至少一個構(gòu)成。
技術(shù)方案10的發(fā)明是如技術(shù)方案6所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，利用可再生能源來發(fā)電產(chǎn)生向上述整流器輸入的交流電。
技術(shù)方案U的發(fā)明是如技術(shù)方案8所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，上述燃料電池將對化石燃料進行重整而得到的氫氣作為燃料。
技術(shù)方案12的發(fā)明是如技術(shù)方案8所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，上述燃料電池將利用電能制造出的氫氣作為燃料，該電能是利用 可再生能源所產(chǎn)生的電能。
技術(shù)方案13的發(fā)明是如技術(shù)方案8所述的快速充電用供電裝置，其特 征在于，上述燃料電池與變換器連接，該變換器將從該燃料電池輸出的直 流電變換為交流電，并將該交流電供給至商用電源系統(tǒng)。
技術(shù)方案14的發(fā)明是如技術(shù)方案1或2所述的快速充電用供電裝置或 快速充電用供電方法，其特征在于，上述移動體是車輛、船舶和飛機中的 至少一種。
發(fā)明效果
根據(jù)技術(shù)方案1以及技術(shù)方案2所述的發(fā)明，在移動體充電時，供電 控制機構(gòu)使供電機構(gòu)和第一蓄電機構(gòu)變?yōu)殡姺珠_狀態(tài)，僅由第一蓄電機構(gòu)向移動體供電。由于移動體具有快速充電控制功能，因此在移動體側(cè)，能 夠?qū)⒂傻谝恍铍姍C構(gòu)供給的純直流電控制成適合第二蓄電機構(gòu)的充電條件 的電能，從而即使是種類不同的移動體也能夠利用由同一快速充電用供電 裝置供給的電能來進行快速充電?？焖俪潆娍刂乒δ苁怯绊懙诙铍姍C構(gòu) 的壽命等的非常重要的因素，通過使移動體具有充電控制功能，在移動體 的設(shè)計中能夠?qū)崿F(xiàn)充分考慮了第二蓄電機構(gòu)的特性的充電控制功能的設(shè) 計。以往，快速充電裝置和車輛等的移動體由不同的制造者分別制造，通 過使移動體具有快速充電控制功能，可以使得移動體的制造者對第二蓄電 機構(gòu)和快速充電控制功能進行一體設(shè)計。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)充分發(fā)揮第二蓄 電機構(gòu)的性能的設(shè)計，能夠提高移動體的移動性能。此外，由于向移動體 供給純直流電這種高品質(zhì)的電能，因此在移動體的電路設(shè)計中幾乎不需要 考慮供電的噪聲、電涌等，使得移動體的電路設(shè)計變得容易。
根據(jù)技術(shù)方案3所述的發(fā)明，由于第一蓄電機構(gòu)與多個充電電路并聯(lián)
連接，因此能夠?qū)Τ潆姉l件不同的多個移動體同時進行充電。
根據(jù)技術(shù)方案4所述的發(fā)明，由于在充電電路上設(shè)置了至少根據(jù)來自 移動體的充電信息對充電電路進行開閉的開閉機構(gòu)，因此，在例如移動體 的充電已結(jié)束的情況下，能夠自動停止充電，此外，在充電中也能夠強制 停止充電。
根據(jù)技術(shù)方案5所述的發(fā)明，由于在移動體充電時利用由第一蓄電機 構(gòu)供給的直流電對移動體的充電系統(tǒng)中的發(fā)熱部進行冷卻，因此，不需要 為了充電系統(tǒng)的冷卻而從外部向移動體供給冷卻劑，能夠使得冷卻構(gòu)造簡 單化。
根據(jù)技術(shù)方案6所述的發(fā)明，由于供電機構(gòu)由將交流電變換為直流電 的整流器構(gòu)成，若在已鋪設(shè)有電線的地區(qū)，則能夠容易地建設(shè)快速充電站。
根據(jù)技術(shù)方案7所述的發(fā)明，由于供電控制機構(gòu)具有僅在規(guī)定時間段 將來自整流器的直流電供給至第一蓄電機構(gòu)的功能，因此能夠利用例如夜 間的剩余商用電能對第一蓄電機構(gòu)進行供電，能夠?qū)崿F(xiàn)電能負荷的平衡性。
根據(jù)技術(shù)方案8所述的發(fā)明，由于供電機構(gòu)由燃料電池構(gòu)成，因此在 商用電能供給困難的地區(qū)也能夠發(fā)電，從而使得充電站的建設(shè)變得容易。
根據(jù)技術(shù)方案9所述的發(fā)明，由于第一蓄電機構(gòu)由蓄電池和雙電層電容器中的至少一種構(gòu)成，因此能夠獲得大的能量密度，即使在比較小的收 容空間也能夠儲存大電量。
根據(jù)技術(shù)方案io所述的發(fā)明，由于輸入整流器的交流電是利用可再生 能源來發(fā)電，因此不會像化石燃料的發(fā)電那樣排出C02，從而有利于地球 環(huán)境的改善。
根據(jù)技術(shù)方案11所述的發(fā)明，由于燃料電池將對化石燃料進行重整而 得到的氫氣作為燃料，因此能夠利用在例如汽車的加油站中儲存的化石燃 料進行發(fā)電，從而在加油站能夠進行快速充電。此外，能夠在確?；?料的適度需要的同時，向電動汽車社會轉(zhuǎn)變。
根據(jù)技術(shù)方案12所述的發(fā)明，由于燃料電池將利用電能制造的氫氣作 為燃料，并且所述電能是利用可再生能源進行發(fā)電而產(chǎn)生的，因此，不需 要用于發(fā)電的化石燃料，能夠?qū)崿F(xiàn)能源資源的節(jié)約和環(huán)境改善。
根據(jù)技術(shù)方案13所述的發(fā)明，能夠?qū)娜剂想姵剌敵龅闹绷麟娮儞Q為 交流電并供給至商用電源系統(tǒng)，不僅能夠?qū)碜匀剂想姵氐碾娔苡糜谝苿?體的快速充電，還能夠作為分散電源來使用。
根據(jù)技術(shù)方案14所述的發(fā)明，由于移動體是車輛、船舶和飛機中的至 少一種，因此能夠在任何運輸領(lǐng)域促進以電能作為能量的移動體的利用， 能夠全球性地減小地球的C02的排出。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的快速充電用供電裝置的概要圖。 圖2是圖1的裝置中的第一蓄電機構(gòu)以及充電機的附近的主視圖。 圖3是圖1的裝置中的開閉機構(gòu)和車輛的連接關(guān)系的電路圖。 圖4是圖1的裝置中的開閉機構(gòu)的電路圖。 圖5是圖1的裝置中的車輛的充電控制機構(gòu)的電路圖。 圖6是圖1的裝置中的車輛的冷卻單元的概要圖。 圖7是表示圖1的裝置中的供電控制機構(gòu)的控制順序的流程圖。 圖8是表示本發(fā)明的快速充電用供電方法的充電順序的流程圖。 圖9是表示本發(fā)明的快速充電用供電方法的充電順序的流程圖(接著 圖8的流程圖)。圖10是本發(fā)明的實施方式2的快速充電用供電裝置的概要圖。 圖11是表示圖10的裝置中的供電控制機構(gòu)的控制順序的流程圖。 圖12是本發(fā)明的實施方式3的快速充電用供電裝置的概要圖。 圖13是本發(fā)明的實施方式4的快速充電用供電裝置的概要圖。 圖14是本發(fā)明的實施方式5的快速充電用供電裝置的概要圖。 圖15是與本發(fā)明的實施方式6的快速充電用供電裝置有關(guān)的發(fā)電系統(tǒng) 的框圖。
圖16是圖15的發(fā)電系統(tǒng)的主要部分的俯視圖。 圖17是圖15的發(fā)電系統(tǒng)的周邊俯視圖。
圖18是表示利用了圖15的發(fā)電系統(tǒng)的移動體的快速充電的應(yīng)用例的 框圖。
附圖標記說明
1交流電源
4化石燃料
5重整器
6氫氣
10快速充電用供電裝置
11整流器(供電機構(gòu))
12供電控制機構(gòu)
15第一蓄電機構(gòu)
20充電電路
21充電機
23操作部
26顯示部
30開閉機構(gòu)
31開閉器
32開閉控制部
36充電插頭
50車輛(移動體)
60冷卻單元61電子冷卻元件
65充電連接器
80充電控制機構(gòu)
81功率控制部
82充電控制單元
83溫度控制單元
84充電信息處理部
85第二蓄電機構(gòu)
93容量判斷機構(gòu)
100船舶(移動體)
110飛機(移動體)
120燃料電池(供電機構(gòu))
變換器
具體實施例方式
接著，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。 (實施方式l)
圖1 圖9示出了本發(fā)明的實施方式1。在圖2中，附圖標記l表示商 用的交流電源，交流電源1使用例如三相交流電源。來自交流電源1的電 能經(jīng)由電線2供給至建筑物3內(nèi)。在建筑物3內(nèi)設(shè)置有作為快速充電用供 電裝置10的供電機構(gòu)的整流器11、供電控制機構(gòu)12、第一蓄電機構(gòu)15以 及其他的機器類。整流器11的輸入側(cè)與建筑物3內(nèi)的電線2連接。整流器 11具有在將來自電線2的三相交流電調(diào)整至規(guī)定的電壓值后，將其變換為 直流電的功能。整流器11的輸出側(cè)經(jīng)由供電控制機構(gòu)12與第一蓄電機構(gòu) 15連接。如后面所述，供電控制機構(gòu)12具有根據(jù)來自開閉機構(gòu)30的信號 S7，停止從整流器11輸出的直流電向第一蓄電機構(gòu)15的供給的功能。
第一蓄電機構(gòu)15具有存儲來自整流器11的直流電的功能。第一蓄電 機構(gòu)15是能夠儲存直流電的設(shè)備即可，可以是任何種類的設(shè)備，在本實施 方式中，由蓄電池和雙電層電容器中的至少一種構(gòu)成。第一蓄電機構(gòu)15可 以僅由例如多個蓄電單元串聯(lián)連接而成的控制閥式鉛蓄電池構(gòu)成，也可以
10采用并用蓄電池和雙電層電容器的構(gòu)成。此外，第一蓄電機構(gòu)15也可以僅
由大容量的雙電層電容器構(gòu)成。另外，蓄電池也可以由價格較高的大容量
的鋰離子電池構(gòu)成。整流器11用于對第一蓄電機構(gòu)15進行充電，具有考 慮了第一蓄電機構(gòu)15的充電特性的充電功能。本實施方式中，第一蓄電機 構(gòu)15的開路電壓例如是DC350V左右，能夠通過蓄電單元的增減來改變開 路電壓。
如圖2所示，第一蓄電機構(gòu)15具有正極端子板17和負極端子板18。 正極端子板17和負極端子板18經(jīng)由供電控制機構(gòu)12與整流器11的輸出 側(cè)連接。建筑物3中設(shè)有構(gòu)成充電電路20的一部分的正極公共端子板13 以及負極公共端子板14。正極公共端子板13以及負極公共端子板14用于 將來自第一蓄電機構(gòu)15的直流電供給至配置在建筑物3外面的多個充電機 21。正極公共端子板13以及負極公共端子板14通過充電電路20與充電機 21的開閉機構(gòu)30連接。在此，充電電路20代表了將來自第一蓄電機構(gòu)15 的純直流電供給至后述的車輛50的電路。如圖1所示，在本實施方式中， 由于同時進行多個車輛的充電，因此在正極公共端子板13以及負極公共端 子板14上并列連接了多個充電電路20。在建筑物3內(nèi)設(shè)有空調(diào)機16，該 空調(diào)機16保證在整年的室內(nèi)溫度大致恒定，通過保證整年的室內(nèi)溫度大致 恒定，能夠提高第一蓄電機構(gòu)15的壽命。
在圖2中，充電機21設(shè)置在建筑物3附近的充電站內(nèi)。充電站中設(shè)有 多個充電機21，在各充電機21中，經(jīng)由充電電路20供給來自第一蓄電機 構(gòu)15的直流電。充電機21在側(cè)面部具有操作部22和顯示部26。操作部 22上設(shè)有充電卡讀取器23、充電開始開關(guān)24和充電強制停止開關(guān)25。顯 示部26上設(shè)有充電量顯示計27、充電電流顯示計28和充電費用顯示計29。 充電機21中收容的幵閉機構(gòu)30與構(gòu)成充電電路20的一部分的充電電纜35 連接。充電電纜35在充電以外的時間被保持在充電機21的側(cè)面，充電時 伸至作為移動體的車輛50側(cè)。在充電電纜35的前端部設(shè)有能夠與車輛50 的充電連接器65連接的充電插頭36。
圖3示出了充電時的充電機21和車輛50的連接關(guān)系。充電電纜35的 充電插頭36與車輛50的充電連接器65連接。來自第一蓄電機構(gòu)15的純 直流電經(jīng)由設(shè)置在充電電路20上的開閉機構(gòu)30供給至車輛50。開閉機構(gòu)30根據(jù)來自充電機21的操作部22的信號或者來自車輛50的信號進行開閉 動作，實現(xiàn)從第一蓄電機構(gòu)15向純直流電的車輛50的供給或者停止該供 給。來自開閉機構(gòu)30的純直流電經(jīng)由充電電路20供給至車輛50。
圖4表示了開閉機構(gòu)30的詳細情況。開閉機構(gòu)30具有開閉器31和開 閉控制部32。開閉器31具有實現(xiàn)由第一蓄電機構(gòu)15供給的純直流電的供 給或者停止該供給的開閉功能，由半導(dǎo)體元件或者電磁接觸器構(gòu)成。開閉 器31根據(jù)來自開閉控制部32的信號S21來進行開閉動作。在開閉器31的 輸出側(cè)設(shè)有電能傳感器34。電能傳感器34具有檢測開閉器31的輸出側(cè)的 直流電的電壓以及電流的功能。開閉控制部32中輸入了來自電能傳感器34 的信號S6。此外，開閉控制部32中可以輸入來自充電卡讀取器23的信號 Sl、來自充電開始開關(guān)24的信號S2和來自充電強制停止開關(guān)25的信號 S3。另外，開閉控制部32中還可以輸入來自車輛50的充電控制機構(gòu)80的 信號S4、 S5、 S20。開閉控制部32具有基于所輸入的各信號，按照需要向 供電控制機構(gòu)12輸出供電停止信號S7的功能。即，具有這樣的功能當(dāng) 開閉控制部32基于輸入的信號判斷出車輛50正在充電時，向供電控制機 構(gòu)12輸出供電信號S7，使向第一蓄電機構(gòu)15的直流電的供給停止。從開 閉控制部32向充電機21的顯示部26輸出信號S8、 S9、 SIO。信號S8是 用于在充電量顯示計27上顯示從充電開始的充電量(供電量)的信號，信 號S9是用于在充電電流顯示計28上顯示從開閉器31流向車輛50側(cè)的充 電電流的信號。信號S10是用于在充電費用顯示計29顯示與從充電開始到 充電結(jié)束向車輛50供給的電量所相當(dāng)?shù)碾娰M的信號。另外，開閉器31是 為了方便而設(shè)置的部件，即使沒有開閉器31也可以，只要存在充電電路20 就能夠進行車輛50的快速充電。
如圖3所示，車輛50中搭載了充電控制機構(gòu)80以外的其他各種機器。 在供給至車輛50的純直流電通過充電控制機構(gòu)80而控制成規(guī)定的電壓以 及電流之后，被供給至第二蓄電機構(gòu)85。第二蓄電機構(gòu)85只要是具有能夠 儲存直流電的功能即可，可以是任意種類的設(shè)備，在本實施方式中，由蓄 電池、雙電層電容器和鋰離子電容器中的至少一種構(gòu)成。在本實施方式中， 第二蓄電機構(gòu)85僅由例如串聯(lián)多個蓄電單元而成的鋰離子電池構(gòu)成，但可 以并用蓄電池和雙電層電容器或者鋰離子電容器來構(gòu)成第二蓄電機構(gòu)85。第二蓄電機構(gòu)85中所儲存的直流電能夠經(jīng)由控制器86而供給至行駛馬達 87，車輛50能夠?qū)⑿旭傫R達87作為驅(qū)動源來進行行駛。車輛50中搭載了 用于冷卻充電系統(tǒng)的發(fā)熱部的冷卻單元60。
圖5示出了充電控制機構(gòu)80的詳細內(nèi)容。充電控制機構(gòu)80具有功率 控制部81和充電信息處理部84。功率控制部81由充電控制單元82和溫度 控制單元83構(gòu)成。充電控制單元82具有將來自開閉機構(gòu)30的純直流電控 制成適合于第二蓄電機構(gòu)85的充電電壓以及充電電流的快速充電控制功 能。充電控制單元82具有直流斬波(chopper)電路(并用升壓斬波電路和 降壓斬波電路的直流斬波電路)以及電流控制電路。充電控制單元82具有 如下功能根據(jù)來自充電信息處理部84的控制信號S22，對由第一蓄電機 構(gòu)15供給的純直流電進行斬波控制，以最佳充電電壓對第二蓄電機構(gòu)85 進行充電的功能。從充電控制單元82向第二蓄電機構(gòu)15輸出的電壓以及 電流被輸出傳感器76測定出來，并將來自輸出傳感器76的信號S16輸入 充電信息處理部84。對于鋰離子電池的充電而言，尤其需要對充電電壓進 行高精度控制，因此在充電控制機構(gòu)80中進行了考慮這一點的高精度的充 電控制。充電控制單元82具有并用了升壓斬波電路和降壓斬波電路的直流 斬波電路，因此，即使在車輛50充電時第一蓄電機構(gòu)15的電壓逐漸下降， 由于通過充電控制單元82的直流斬波電路來控制來自第一蓄電機構(gòu)15的 電壓，因此能夠以最佳電壓對第二蓄電機構(gòu)85進行充電。因此，在快速充 電時的第一蓄電機構(gòu)15的輸出電壓變化不會影響第二蓄電機構(gòu)85的充電。 這樣，充電信息處理部84中預(yù)先輸入了充電程序，該充電程序用于根據(jù)檢 測出的第二蓄電機構(gòu)85的電池電壓、充電電流，對第二蓄電機構(gòu)85進行 最佳的充電控制。
如圖5所示，對于充電控制機構(gòu)80的充電信息處理部84，有多個信號 進行輸入和輸出。設(shè)置在圖4的開閉器31的輸入側(cè)的電壓測定傳感器33 具有測定第一蓄電機構(gòu)15的輸出電壓的功能，在充電開始時來自電壓測定 傳感器33的信號S12被輸入充電信息控制處理部84。在第一蓄電機構(gòu)15 的輸出電壓(開路電壓)在規(guī)定范圍內(nèi)的情況下，從充電信息處理部84向 開閉機構(gòu)30的開閉控制部32輸出表示能夠進行車輛50的快速充電這一情 況的信號S5。
13如圖3所示，車輛50中設(shè)有鎖定傳感器71、運轉(zhuǎn)起動確認傳感器72、 停車制動器傳感器73、充電量顯示計74和充電結(jié)束警報75。鎖定傳感器 71具有確認充電插頭36與車輛50的充電連接器65的連接情況的功能。在 充電開始前，來自鎖定傳感器71的信號S11輸入充電信息控制處理部84。 運轉(zhuǎn)起動確認傳感器72具有確認車輛50的起動的功能。在充電開始前， 來自運轉(zhuǎn)起動確認傳感器72的信號S13輸入充電信息控制處理部84。停 車制動器傳感器73用于確認在充電時通過停車制動器動作以使車輛50不 移動。在充電開始前，來自停車制動器傳感器73的信號S14輸入充電信息 控制處理部84。充電量顯示計74具有顯示第二蓄電機構(gòu)85的剩余電量的 功能。在充電過程中，來自充電信息控制處理部84的信號S18輸出至充電 量顯示計74。
充電結(jié)束警報75具有將第二蓄電機構(gòu)85達到充滿電狀態(tài)的情況通知 駕駛員88。充電時，通過電流傳感器76來測定流向第二蓄電機構(gòu)85的充 電電流，根據(jù)來自電流傳感器76的信號S16，充電信息處理部84判斷第 二蓄電機構(gòu)85是否達到充滿電狀態(tài)。在判斷為第二蓄電機構(gòu)85已達到充 滿電狀態(tài)的情況下，從充電信息控制處理部84向充電結(jié)束警報75輸出信 號S19。充電結(jié)束警報75具有通過無線向駕駛員88的便攜式電話機89通 知充電已完成這一情況的功能。在充電過程中，在確認出車輛50充電功能 異常的情況下，信號S20從充電信息控制處理部84輸出至開閉機構(gòu)30的 開閉控制部20，通過開閉器31的斷開動作來中止車輛50的充電。關(guān)于充 電結(jié)束這一情況的通知，不僅限于便攜式電話機89，也可以通過車輛專用 的通信機構(gòu)等來進行。
圖6示出了用于冷卻車輛50的充電系統(tǒng)的冷卻單元60的構(gòu)成。冷卻 單元60具有電子冷卻元件61、馬達62和風(fēng)扇63。風(fēng)扇63被馬達62旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動，朝著電子冷卻元件61的冷卻面吹風(fēng)。電子冷卻元件61是利用波爾 貼效應(yīng)(Peltiereffect)的機構(gòu)，通過來自第一蓄電機構(gòu)15的直流電來進行 動作。在車輛50的充電系統(tǒng)中易發(fā)熱的部位設(shè)有第一溫度傳感器77以及 第二溫度傳感器78。第一溫度傳感器77具有檢測第二蓄電機構(gòu)85的溫度 的功能。第二溫度傳感器78具有檢測功率控制部81的溫度的功能。來自 第一溫度傳感器77以及第二溫度傳感器78的信號S15輸入充電信息處理部84中。在車輛50的充電系統(tǒng)的規(guī)定部位的溫度上升并超過規(guī)定值的情 況下，充電信息處理部84將信號S17輸出至溫度控制單元83。溫度控制 單元83根據(jù)來自充電信息處理部84的信號S17，向冷卻單元60供給來自 開閉機構(gòu)30的直流電。
由于功率控制部81在快速充電時控制由第一蓄電機構(gòu)15供給的大電 量，因此半導(dǎo)體元件的溫度有上升的可能性D此外，構(gòu)成第二蓄電機構(gòu)85 的鋰離子電池因收容空間的關(guān)系而以密集的狀態(tài)被收容，在快速充電時存 在溫度上升的可能性。因此，在功率控制部81以及第二蓄電機構(gòu)85因快 速充電而導(dǎo)致溫度上升并超過規(guī)定值時，通過來自冷卻單元60的冷風(fēng)進行 強制冷卻。特別是為了提高易變?yōu)楦邷氐墓β士刂撇?1的半導(dǎo)體元件的冷 卻能力，也可以采用直接將電子冷卻元件61安裝在功率控制部81上的構(gòu) 造。另外，在本實施方式中，采用了使用電子冷卻元件61的冷卻構(gòu)造，但 只要是利用由第一蓄電機構(gòu)15供給的電能的機構(gòu)即可，并不僅限于電子冷 卻元件61，也可以是由散熱器和電動風(fēng)扇所組合的冷卻構(gòu)造，也可以是利 用被熱交換器強制冷卻的空氣的冷卻構(gòu)造。
能夠利用本發(fā)明的快速充電用供電裝置IO來進行充電的車輛使用馬達 作為原動機，除了圖1中的作為小型客車的車輛50之外，車輛的概念還包 括跑車(sports car) 51、大客車52和貨車53。另外，快速充電對象的車輛 也包括此外的搬運車、鐵道車輛、有軌電車、單軌電車(monorail)、建設(shè) 用車輛、叉車等。對于不同的車輛種類，第二蓄電機構(gòu)的蓄電單元個數(shù)、 容量等也不同，跑車51中搭載有與車輛50不同的第二蓄電機構(gòu)85a。大客 車52中搭載了第二蓄電機構(gòu)85b，貨車53中搭載了第二蓄電機構(gòu)85c。跑 車51具有適合于第二蓄電機構(gòu)85a的充電控制功能，大客車52具有適合 于第二蓄電機構(gòu)85b的充電控制功能。同樣地，貨車53也具有適合于第二 蓄電機構(gòu)85c的充電控制功能。
接著，對實施方式1中的移動體的快速充電方法進行說明。圖7示出 了供電控制機構(gòu)12進行控制的動作順序。在圖7中的步驟151中，判斷是 否存在來自作為移動體的車輛50的充電請求。在步驟151中判斷出存在來 自車輛50的充電請求的情況下，前進至步驟152，信號S7從開閉機構(gòu)30 輸出至供電控制機構(gòu)12，停止來自整流器11的直流電向第一蓄電機構(gòu)15的供給。在步驟151中判斷出不存在來自車輛50的充電請求的情況下，前 進至步驟153，繼續(xù)進行來自整流器11的直流電向第一蓄電機構(gòu)15的供給。 在來自整流器11的直流電向第一蓄電機構(gòu)15的供給被停止的狀態(tài)下，可 以由僅來自第一蓄電機構(gòu)15的直流電進行車輛50的充電。
圖8以及圖9示出了從移動體的快速充電方法中的充電開始到充電結(jié) 束為止的動作順序。若車輛50達到充電站，則車輛50在空的充電機21的 附近停車。在充電開始前，車輛50的運轉(zhuǎn)開關(guān)(省略圖示)關(guān)閉，通過停 車制動器(省略圖示)的動作來使車輛50固定在停車位置。然后，如步驟 161所示，向充電機21的卡讀取器23中插入充電卡(省略圖示)。充電卡 具有與現(xiàn)金相同的功能，通過向卡讀取器23中插入充電卡，使得車輛50 的充電開始變?yōu)榭赡堋＝又斑M至步驟162，取下被保持在充電機21的 充電電纜35，將充電電纜35的前端部的充電插頭36安裝在車輛50的充電 連接器65上。充電插頭36的安裝是通過將充電插頭36推入充電連接器65 中來進行的。充電插頭36的完全安裝即代表充電電路20與車輛50已連接。 充電插頭36的安裝通過車輛50側(cè)的鎖定傳感器71進行確認。
若充電插頭36的安裝結(jié)束，則前進至步驟163，充電機21的充電開始 開關(guān)24接通。接著，前進至步驟164，停止從整流器11向第一蓄電機構(gòu) 15的供電。在該狀態(tài)下，整流器11和第一蓄電機構(gòu)15變?yōu)殡姺珠_狀態(tài)， 從而僅由第一蓄電機構(gòu)15的供電進行車輛50的充電變?yōu)榭赡?。若向第?蓄電機構(gòu)15的供電停止，則前進至步驟165，判斷車輛50的全部充電幵始 條件是否已確認。即，在步驟165，判斷來自各鎖定傳感器71的信號Sll、 來自電壓測定傳感器33的信號S12、來自運轉(zhuǎn)起動確認傳感器72的信號 S13和來自停車制動器傳感器73的信號S14是否已輸入。在步驟165中， 在判斷出充電開始條件確認已結(jié)束的情況下，前進至步驟166，充電電路 20的開閉器31打卡，在步驟167中車輛50開始充電。
接著，若車輛 50的充電開始，則前進至圖9中的步驟168，判斷充電 系統(tǒng)的溫度是否在上升。在步驟168中判斷出充電系統(tǒng)的溫度上升并超過 規(guī)定值的情況下，前進至步驟169，通過冷卻單元60對功率控制部81以及 第二蓄電機構(gòu)85進行冷卻。在步驟168中，在判斷出充電系統(tǒng)的溫度是正 常的情況下，前進至步驟170，判斷充電系統(tǒng)的充電控制功能等是否為異常。在步驟170中判斷出充電控制功能等為異常的情況下，前進至步驟174，開 閉器31關(guān)閉，充電中止。在步驟170中，在判斷出充電控制功能等沒有異 常的情況下，前進至步驟171。在步驟171中，在希望使車輛50的充電強 制結(jié)束的情況下，前進至步驟178，充電強制停止開關(guān)25接通。若充電強 制停止開關(guān)25接通，則前進至步驟174，開閉器31關(guān)閉，充電中止。充電 的強制結(jié)束僅在用于充電的時間等有限的情況下有效，能夠參考在充電機 21的顯示部26上顯示的充電電流值來選擇充電停止的定時。另外，在本實 施方式中，構(gòu)成為在檢測到充電系統(tǒng)的溫度上升后使冷卻單元60動作，但 在充電系統(tǒng)的冷卻僅通過自然散熱并不足夠的情況下，也可以構(gòu)成為在充 電開始前或者在充電開始的同時，使冷卻單元60動作。
在步驟171中，在不需要使車輛50的充電結(jié)束的情況下，前進至步驟 172，繼續(xù)進行充電。在步驟173中，判斷第二蓄電機構(gòu)85是否達到充滿 電狀態(tài)。該判斷是根據(jù)第二蓄電機構(gòu)85的充電電流的測定值來判斷的。即， 第二蓄電機構(gòu)85是否達到充滿電狀態(tài)是根據(jù)來自電流傳感器76的信號 S16，通過充電信息處理部84來進行判斷的。在步驟173中，在判斷出第 二蓄電機構(gòu)85達到充滿電的狀態(tài)的情況下，前進至步驟174，開閉器31 關(guān)閉，充電結(jié)束。接著，從車輛50的充電連接器65卸下充電插頭36。在 充電結(jié)束的狀態(tài)下，在充電機21的顯示部26上顯示充電電量以及充電費 用。然后，前進至步驟177，向插入充電機21的卡讀取器23中的充電卡(省 略圖示)電寫入充電費用等，在線進行向銀行等的電費支付手續(xù)。然后， 從卡讀取器23取出充電卡。
這樣，由于能夠?qū)⒌谝恍铍姍C構(gòu)15中所儲存的大電量直接利用于第二 蓄電機構(gòu)85的充電，因此能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)車輛50的充電。即，第一 蓄電機構(gòu)15能夠儲存相當(dāng)于車輛50的第二蓄電機構(gòu)85的儲電能力例如數(shù) 百倍的大電量，并且在第一蓄電機構(gòu)15和車輛50之間不存在充電控制功 能等，因此能夠?qū)⒌谝恍铍姍C構(gòu)15中儲存的大電量直接送至車輛50側(cè)， 如圖1所示，能夠在不需要大規(guī)模的變電設(shè)備的情況下，對多個車輛同時 進行快速充電。
在本發(fā)明中，由于車輛50具有充電控制機構(gòu)80，因此車輛50能夠?qū)?由第一蓄電機構(gòu)15供給的純直流電控制成最適合第二蓄電機構(gòu)85的充電的電壓及電流。即，充電控制功能對第二蓄電機構(gòu)85的壽命等有非常大的 影響，通過將充電控制機構(gòu)80搭載在車輛50中，能夠設(shè)計實現(xiàn)第二蓄電 機構(gòu)85的充電特性和充電控制功能的匹配(matching)。由此，第二蓄電 機構(gòu)85能夠按照所期待的那樣發(fā)揮性能，能夠提高車輛50的性能。此外， 向車輛50供給純直流電這種高品質(zhì)的電能能夠使車輛50的電控制電路的 設(shè)計以高品質(zhì)的供電為前提來進行。從而，對于快速充電中向車輛50供給 的直流電幾乎不需要考慮波動、噪聲、電涌，能夠使車輛50的電控制電路 的設(shè)計變得容易，并且能夠提高車輛50的電控制功能的可靠性。
上述內(nèi)容是對只有車輛50進行充電的充電順序進行的說明，但如圖1 所示，在多個車輛同時充電的情況下，由于第二蓄電機構(gòu)85、 85a、 85b、 85c的容量或者充電量不同，各車輛達到充滿電狀態(tài)的時間分別不同。在充 電開始時，車輛50的充電電流是Il，跑車51的充電電流是I2。同樣地， 大客車52的充電電流是I3，貨車53的充電電流是I4。若各車輛的充電繼 續(xù)進行，則充電電流與充電開始時相比顯著下降，在接近于充滿電狀態(tài)時 幾乎不再流動充電電流。然后，在第二蓄電機構(gòu)85a、 85b、 85c達到充滿 電的狀態(tài)時，來自各開閉機構(gòu)30的信號S7分別輸出至供電控制機構(gòu)12， 各車輛的充電自動停止。
另外，在本實施方式中冷卻單元60采用了充電系統(tǒng)的冷卻，由于電子 冷卻元件61不僅具有冷卻面還具有發(fā)熱面，因此也具有調(diào)整車輛50內(nèi)的 溫度的功能。因此，冷卻單元60不僅使充電系統(tǒng)的冷卻，還能夠用作車輛 50內(nèi)的空調(diào)裝置。若將使用了電子冷卻元件61的冷卻單元60也作為空調(diào) 裝置來使用，則不需要像以往的空調(diào)裝置那樣使用氟利昂等作為制冷劑， 這也有利于地球環(huán)境改善。 (實施方式2)
圖10以及圖11示出了本發(fā)明的實施方式2，快速充電用供電裝置10 還具有檢測第一蓄電機構(gòu)15的剩余容量(剩余電量)的功能。本實施方式 2與實施方式1的不同點在于，檢測第一蓄電機構(gòu)15的剩余容量的功能以 及第一蓄電機構(gòu)15的充電時間段，其他部分的構(gòu)成與實施方式l相同，相 同的部分附加相同的附圖標記，并省略相同部分的說明。后述的其他實施 方式也一樣。在圖10中，在第一蓄電機構(gòu)15的輸出側(cè)設(shè)有第一電量傳感器91。第 一電量傳感器91具有測量從第一蓄電機構(gòu)15輸出的電量的功能。在第一 蓄電機構(gòu)15的輸入側(cè)設(shè)有第二電量傳感器92。第二電量傳感器92具有測 量向第一蓄電機構(gòu)15輸入的電量的功能。來自第一電量傳感器91的信號 S31以及來自第二電量傳感器92的信號S32輸入容量判斷機構(gòu)93。容量判 斷機構(gòu)93具有根據(jù)基于信號S31和信號S32的信息來計算第一蓄電機構(gòu) 15的剩余容量的功能。判斷信息從容量判斷機構(gòu)93輸入供電控制機構(gòu)12。
圖11示出了本實施方式中的供電控制機構(gòu)12的控制動作順序。在步 驟181中，根據(jù)供電控制機構(gòu)12內(nèi)的計時器功能來判斷是否是夜間。這里 的夜間是指例如前晚的21時開始到第二天的6時為止的時間段。在步驟181 中判斷為不是夜間的情況下，前進至步驟185，向第一蓄電機構(gòu)15的供電 停止。在步驟181中，在判斷為是夜間的情況下，前進至步驟182，判斷是 否存在來自車輛50的充電請求。在步驟182中判斷為不存在來自車輛50 的充電請求的情況下，前進至步驟183，將來自整流器ll的直流電供給至 第一蓄電機構(gòu)15，繼續(xù)通過來自整流器11的直流電進行第一蓄電機構(gòu)15 的充電。在步驟182中，在判斷為存在有來自車輛50的充電請求的情況下， 前進至步驟184，通過容量判斷機構(gòu)93，判斷在第一蓄電機構(gòu)15中儲存的 電量手否足夠。在步驟184中，在判斷出第一蓄電機構(gòu)15沒有儲存足夠的 電量的情況下，在步驟185中從整流器11向第一蓄電機構(gòu)15的供電停止， 車輛50的快速充電變?yōu)榭赡?。在步驟184中，在判斷出第一蓄電機構(gòu)15 中沒有儲存足夠的電量的情況下，前進至步驟183，基于來自整流器U的 供電而進行的對第一蓄電機構(gòu)15的充電繼續(xù)。
在這樣構(gòu)成的實施方式2中，通過僅在夜間向第一蓄電機構(gòu)15供電， 從而能夠?qū)⒘畠r的夜間電能儲存至第一蓄電機構(gòu)15中。通過降該第一蓄電 機構(gòu)15中儲存的夜間電能用于白天的時間段中的車輛50的快速充電，能 夠?qū)崿F(xiàn)電能負荷的平衡性。另外，在第一蓄電機構(gòu)15的儲電能力比較小的 情況下，可以構(gòu)成為在夜間僅向第一蓄電機構(gòu)15供電，在夜間不進行車輛 的快速充電。或者于此相反，若第一蓄電機構(gòu)15的儲電能力有余力，則可 以在任何時間進行快速充電，并且可以將第一蓄電機構(gòu)15中儲存的夜間電 能的一部分通過變換器等在白天的時間段供給商用電源系統(tǒng)。
19(實施方式3)
圖12示出了本發(fā)明的實施方式3，示出了作為移動體的船舶的快速充 電的情況。如圖12所示，能夠從與第一蓄電機構(gòu)15并聯(lián)連接的各充電電 路20向旅客船100的第二蓄電機構(gòu)85d、電動船101的第二蓄電機構(gòu)85e、 汽車渡輪102的第二蓄電機構(gòu)85f以及深海用潛水艇103的第二蓄電機構(gòu) 85g供給充電用的電能。從地球環(huán)境改善的觀點來看也希望促進利用電動動 力推進的船舶。作為船舶的原動機，優(yōu)選采用例如高性能的高溫超傳導(dǎo)馬 達。在本實施方式中，按每個船舶對由第一蓄電機構(gòu)15供給的純直流電進 行充電控制，控制成最適合各第二蓄電機構(gòu)85d、 85e、 85f、 85g的充電電 壓以及充電電流，使得各種船舶的同時快速充電成為可能。 (實施方式4)
圖13示出了本發(fā)明的實施方式4，示出了作為移動體的飛機的快速充 電的情況。如圖13所示，能夠從與第一蓄電機構(gòu)15并聯(lián)連接的各充電電 路20向雙引擎飛機(包括垂直離著陸機和VTOL機)IIO的第二蓄電機構(gòu) 85h、單發(fā)機111的第二蓄電機構(gòu)85i、直升機112的第二蓄電機構(gòu)85j以 及飛艇113的第二蓄電機構(gòu)85k供給充電用的電能。從地球環(huán)境改善的觀 點來看也希望促進電動動力推進的飛機的利用。各飛機通過來自第二蓄電 機構(gòu)的電能使螺旋槳或者旋翼葉片旋轉(zhuǎn)驅(qū)動從而進行飛行。在本實施方式 中，按飛機對由第一蓄電機構(gòu)15供給的純直流電進行充電控制，控制成最 適合各第二蓄電機構(gòu)85h、 85i、 85j、 85k的充電電壓以及充電電流，使得 各種飛機的同時快速充電成為可能。 (實施方式5)
圖14示出了本發(fā)明的實施方式5，示出了利用來自燃料電池的電能的 移動體的快速充電系統(tǒng)。在圖14中，附圖標記4表示化石燃料，化石燃料 4儲存在加油站的地下油罐中。地下油罐內(nèi)的化石燃料4供給至設(shè)在地上側(cè) 的重整器5。重整器5具有將供給的化石燃料4重整為氫氣6的功能。來自 重整器5的氫氣6供給至燃料電池120。燃料電池120具有通過所供給的氫 氣6和空氣中的氧氣來發(fā)電生成直流電的功能。作為燃料電池120，例如使 用發(fā)電效率高的固體氧化物型燃料電池。此外，為了提高燃料電池120的 發(fā)電效率，由燃料電池120產(chǎn)生的熱量的一部分通過例如熱電交換元件(塞貝克元件)或者斯特林發(fā)送機等變換為直流電。儲存化石燃料4的地下油 罐利用了加油站己有的地下油罐，因此能夠降低設(shè)備投資成本。
從燃料電池120輸出的直流電能夠供給至供電控制機構(gòu)12或者變換器 121。在燃料電池120的輸出側(cè)設(shè)有切換開關(guān)122，通過切換開關(guān)122的切 換動作，來自燃料電池120的直流電供給至供電控制機構(gòu)12或者變換器121 中的任一個。變換器121具有將來自燃料電池120的直流電變換為交流電 的功能。通過變換器121變換后的交流電供給至商用電源系統(tǒng)。切換開關(guān) 122設(shè)定為在白天的時間段將來自燃料電池120的直流電僅供給變換器 121。由此，從燃料電池120向第一蓄電機構(gòu)15的供電僅在夜間進行。第 一蓄電機構(gòu)15在夜間儲存來自燃料電池120的直流電，僅在白天的時間段 進行車輛50等的充電。
向燃料電池120供給的氫氣6不僅可以由重整器5提供，也可以由搬 運氫氣的油罐貨車等的氫氣供給機構(gòu)7來提供。在設(shè)置了快速充電用供電 裝置10的加油站中，可以將來自重整器5的氫氣6供給至搭載了燃料電池 54a的燃料電池車54。此外，化石燃料4可以供給至搭載了發(fā)動機55a的 車輛55。因此，通過采用重整器5以及燃料電池120，不僅能夠進行車輛 50的快速充電，還能夠向燃料電池車54以及一般車輛55進行燃料供給， 一個加油站能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源的供給。
在這樣構(gòu)成的實施方式5中，由于供電機構(gòu)由燃料電池120構(gòu)成，因 此即使在沒有供給商用電能的地區(qū)也能夠發(fā)電，使得充電站的建設(shè)變得容 易。此外，由于來自燃料電池120的直流電能夠供給至商用電源系統(tǒng)，因 此能夠?qū)崿F(xiàn)向規(guī)定地區(qū)供給清潔電能的分散發(fā)電。另外，由于將在夜間儲 存至第一蓄電機構(gòu)15的電能用于白天的時間段進行車輛50的快速充電， 能夠?qū)崿F(xiàn)電能負荷的平衡性。而且，由于燃料電池120將重整化石燃料所 獲得的氫氣作為燃料，因此在確?；剂系倪m度需要的同時，還能夠向 電動汽車社會轉(zhuǎn)變。 (實施方式6)
圖15 圖18示出了本發(fā)明的實施方式6，示出了利用通過可再生能源 (自然能源)來發(fā)電的電能的移動體的快速充電系統(tǒng)。在本實施方式中作 為對象的自然能源是河流的水流、海洋的海流。本實施方式可以適用于水流以及海流中的任一種，在此以利用河流的水流的發(fā)電系統(tǒng)為例進行說明。
在圖17中，在河流201的岸邊201b附近的水Wl中，設(shè)有3臺第一 水車202。在本實施方式，采用了螺旋槳式的水車作為第一水車202，但只 要是通過水流獲得旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的裝置即可，也可以是薩沃紐斯水車或大流 士水車等。第一水車202安裝在泵203的旋轉(zhuǎn)軸上。泵203通過第一水車 202被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。為了確保從泵203吐出的水Wl的水量，優(yōu)選在第一水車 202和泵203之間設(shè)置增速機(省略圖示)。泵203根據(jù)向第二水車204 供給的水的壓力以及流量，選定最合適的種類以及尺寸的水車。在本實施 方式中設(shè)有3臺第一水車202和3個泵203。各泵203固定在設(shè)于河流201 的河底的基礎(chǔ)設(shè)施上。第一水車202淹沒于水中，但為了設(shè)置工事更加容 易，也可以采用將第一水車202以及泵203支撐在地上側(cè)的構(gòu)成。此外， 從檢修維護的角度來講，各泵203優(yōu)選固定在未圖示的金屬框架上的一個 單元的結(jié)構(gòu)，并且金屬框架能夠升降以使各第一水車202和各泵203能夠 從水面上升。各泵203與向設(shè)在地上側(cè)的發(fā)電屋220延伸的配管206連接。
配管206具有吸入用配管206a和吐出用配管206b。在各泵203的吸入 用配管206a的前端安裝有過濾器212。若通過河流201的水流使第一水車 2旋轉(zhuǎn)從而驅(qū)動泵203,則河流201的水W1的一部分通過過濾器212被泵 3吸入。被泵203吸入的水Wl經(jīng)由吐出用配管206b供給至第二水車204 側(cè)。在泵203的下游側(cè)的吐出用配管206b上設(shè)有作為升壓機構(gòu)的壓力控制 閥207。該壓力控制閥207具有使從各泵203吐出的水Wl上升至規(guī)定的壓 力的功能。通過壓力控制閥207來控制的水Wl的壓力值根據(jù)第二水車204 的種類而設(shè)定為最佳值。升壓機構(gòu)不僅限于壓力控制閥207，也可以是通過 減小流路斷面積來使水Wl的壓力上升的調(diào)整閥等。此外，升壓機構(gòu)優(yōu)選 具有吸收從泵203吐出的水Wl的脈動的功能的水壓油罐等。
在發(fā)電屋220中配置有第二水車204、發(fā)電機205等。第二水車204 以及發(fā)電機205固定在設(shè)在地上側(cè)的基礎(chǔ)設(shè)施上。第二水車204的輸出軸 與發(fā)電機205的旋轉(zhuǎn)軸連結(jié)。發(fā)電機205在第二水車204的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的 作用下旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生交流電。在第二水車204中設(shè)有調(diào)速機208。調(diào)速機 208具有根據(jù)發(fā)電機205的負荷變動來自動調(diào)整向第二水車4供給的水量的 功能。由此，能夠防止因發(fā)電機205的負荷變動而產(chǎn)生的第二水車204以及發(fā)電機205的旋轉(zhuǎn)變動，能夠確保交流電的頻率恒定。從第二水車204 吐出的水Wl經(jīng)由下游側(cè)配管206c從排出口 206d返回至第一水車202的 上游側(cè)。
第二水車204由在堤壩式或者引水式發(fā)電廠等中所采用的標準型的法 蘭西斯式水車或佩爾頓沖擊式水車等構(gòu)成。發(fā)電機205由與在堤壩式或者 引水式發(fā)電廠等的水力發(fā)電廠所使用的發(fā)電機相同的同步發(fā)電機構(gòu)成。采 用多個第一水車202及泵203是為了供給來自河流201的大量的水Wl從 而驅(qū)動大型的第二水車204。即，通過增加第一水車202以及泵203的數(shù)量， 能夠使與堤壩式或引水式發(fā)電廠相同的大型的第二水車204高速旋轉(zhuǎn)。由 此，即使利用河流201的水流進行發(fā)電，也能夠?qū)崿F(xiàn)比較大規(guī)模的發(fā)電， 與在水中設(shè)置發(fā)電機的構(gòu)造相比其維護性也得到了提高。此外，通過采用 在一般的水力發(fā)電廠所使用的標準型的設(shè)備作為第二水車204以及發(fā)電機 205，能夠降低發(fā)電裝置的投資成本。
以往的水力發(fā)電利用水的落差來驅(qū)動水車，但這種方式在沒有水的落 差的情況下不能發(fā)電。與此相對，本實施方式中的發(fā)電系統(tǒng)利用被第一水 車202驅(qū)動的泵203和壓力控制閥207等的升壓機構(gòu)的配合動作，提高了 吸入的水W1的壓力能量，該提高能量密度的方法與以往的水力發(fā)電不通。 因此，在本實施方式的發(fā)電系統(tǒng)中，即使驅(qū)動發(fā)電機205的第二水車204 的位置高于泵203吸入水W1的吸入位置也能夠發(fā)電，不需要水的落差。
如圖17所示，在第一水車202的上游側(cè)設(shè)有增速堰235。該增速堰235 固定在河底。增速堰235能夠使水Wl的流動在規(guī)定的位置集中即可，可 以是混凝土、石塊堆積構(gòu)造、防水膜、鐵制等種類。例如，通過在河底連 續(xù)打入鋼板樁，能夠容易地得到增速堰235。增速堰235的上游側(cè)的端部 235c位于遠離岸邊201b的位置。增速堰235的傾斜部235a從岸邊201a的 附近開始，以傾斜地截斷河流的方式延伸至第一水車202的附近。增速堰 235的直線部235b沿與河水流動方向相同的方向，從第一水車202的上游 附近延伸至泵203的下游附近。增速堰235的上游側(cè)的流速是速度VI。第 一水車202所在位置的水Wl的流速在增速堰235的作用下被加速顯著超 過速度V1，變?yōu)樗俣萔2。
在本實施方式中，增速堰235的頂部露出了水面，但可以略低于水面。增速堰235的高度設(shè)定為在洪水時等水量增加時不會使水Wl泛濫的高度。 在水量增加時，水W1超過增速堰235而流向下游側(cè)。在水的流速快的山 澗部等的位置不設(shè)置增速堰235。在平野部水的流速比在山間部的水的流速 緩慢，通過采用使水W1集中流動的增速堰235，能夠提高水W1的能量密 度從而驅(qū)動第一水車202。
由發(fā)電機205產(chǎn)生的交流電經(jīng)由開關(guān)211供給至需要家或者變換器 221。通過變換器221而變換為直流的供電至作為儲電機構(gòu)的電池222側(cè)。 電能的供給目的地對應(yīng)于負荷的變動通過開關(guān)211而自動切換。電池222 由儲電用的控制閥式鉛蓄電池構(gòu)成。電池222的儲電能力優(yōu)選能夠儲存在 夜間發(fā)電機205所發(fā)電的全部電量。電池222中儲存的直流電通過變換機 223變換為交流電?？刂破?25具有如下功能對應(yīng)于負荷的變動，通過變 換機223將電池222中所儲存的直流電供給至需要的用戶。太陽能電池224 向控制器225供電。例如，在國外的未開發(fā)的地區(qū)，最初利用來自太陽能 電池224的電能使控制器225動作，從而開始發(fā)電。在之后的運用中，通 過變換機221來向控制器225供電。
如圖18所示，來自發(fā)電機205的電能的一部分例如送至氫氣制造裝置 226。向氫氣制造裝置226供給水227。若氫氣制造裝置226設(shè)置在河流201 的附近，則能夠容易地將來自河流201的水227供給至氫氣制造裝置226。 在氫氣制造裝置226中，通過利用來自發(fā)電機205的電能來對水進行電分 解，從而制造氫氣228。例如，若將圖18的裝置建設(shè)在國外的降水量多的 地區(qū)的河流附近，則能夠獲得大電量。若將該大電量經(jīng)由輸電線供給至在 港口附近建設(shè)的氫氣制造裝置226，則能夠在港口附近制造大量的氫氣。使 由氫氣制造裝置226制造的氫氣226液化，通過船等的氫氣運輸機構(gòu)229 運輸至國外的需求地。將發(fā)電機205所產(chǎn)生的電能變換為液體氫氣并通過 船來運輸?shù)脑蚴怯捎谕ㄟ^向國外的輸電線來輸電的電能損失大、發(fā)電成 本高。
到達需求地的港口的氫氣228供給至例如在港口附近建設(shè)的發(fā)電廠 230。在發(fā)電廠230中設(shè)有燃料電池231、儲電用電池232、變換器233。大 型的燃料電池231利用供給的氫氣228來產(chǎn)生直流電。從燃料電池231輸 出的直流電的一部分儲存至儲電用電池232中。來自燃料電池231的直流
24電通過變換器233變換為交流電，并被送至需要的用戶。另外，作為氫氣 輸送機構(gòu)229，若使用以大容量電池等的蓄電機構(gòu)中所儲存的電能、氫氣為 能源的船舶，則在從河流201發(fā)電開始直到發(fā)電廠230的發(fā)電為止的工程 中，都沒有C02的排出。由此，能夠抑制因C02的排出所導(dǎo)致的地球溫室 效應(yīng)。
為了抑制因C02排出所導(dǎo)致的地球溫室效應(yīng)，優(yōu)選將發(fā)電機205所產(chǎn) 生的供電至通過馬達來行駛的車輛。例如，如圖15所示，利用該自然能源 所發(fā)電的電能被供給至本發(fā)明的快速充電用供電裝置10。此外，如圖18 所示，利用自然能源產(chǎn)生的電能來制造出氫氣28，再將利用該氫氣28生產(chǎn) 出的供電至本發(fā)明的快速充電用供電裝置10。這樣，若將通過自然能源而 得到的電能用于快速充電用供電裝置10從而用于車輛50的充電，則能夠 大幅度地降低C02的排出量。
以上對本發(fā)明的實施方式1 6進行了詳細敘述，但具體構(gòu)成并不僅限 于上述這些實施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)即使對設(shè)計進行變 更等也都包含在本發(fā)明之內(nèi)。例如作為快速充電的對象的移動體不僅限于 包括車輛、船舶、飛機在內(nèi)的所謂交通機械，不僅限于長距離移動的機器 或裝置，也包括移動范圍小的建設(shè)機械、機器人、叉車等的產(chǎn)業(yè)機械。此 外，作為供電機構(gòu)的燃料電池所使用的化石燃料可以是液體或者氣體。另 外，利用可再生能源(自然能源)來發(fā)電不僅限于水力、海流發(fā)電，當(dāng)然 也包括風(fēng)力發(fā)電、太陽光發(fā)電、生物物質(zhì)發(fā)電等。
權(quán)利要求
1.一種快速充電用供電裝置，向具有快速充電控制功能的移動體供給用于快速充電的電能，其特征在于，具備供電機構(gòu)，用于供給直流電；第一蓄電機構(gòu)，儲存來自上述供電機構(gòu)的直流電并輸出純直流電；充電電路，向搭載了第二蓄電機構(gòu)的移動體直接輸送來自上述第一蓄電機構(gòu)的純直流電，所述第二蓄電機構(gòu)能夠儲存來自上述第一蓄電機構(gòu)的直流電；以及供電控制機構(gòu)，在基于來自上述第一蓄電機構(gòu)的供電而進行上述第二蓄電機構(gòu)的充電時，中止從上述供電機構(gòu)向上述第一蓄電機構(gòu)的供電。
2. —種快速充電用供電方法，向具有快速充電控制功能的移動體供給 用于快速充電的電能，其特征在于，將來自供電機構(gòu)的直流電儲存至第一蓄電機構(gòu)，通過充電電路，將從上述第一蓄電機構(gòu)輸出的純直流電直接輸送至搭 載了第二蓄電機構(gòu)的移動體，所述第二蓄電機構(gòu)能夠儲存來自上述第一蓄 電機構(gòu)的直流電，在基于來自上述第一蓄電機構(gòu)的供電而進行上述第二蓄電機構(gòu)的充電 時，中止從上述供電機構(gòu)向上述第一蓄電機構(gòu)的供電。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的快速充電用供電裝置或快速充電用供電方 法，其特征在于，上述第一蓄電機構(gòu)與多個上述充電電路并聯(lián)連接，能夠?qū)Χ鄠€上述移 動體同時進行快速充電。
4. 如權(quán)利要求l所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 上述充電電路中設(shè)有開閉機構(gòu)，該開閉機構(gòu)根據(jù)至少來自上述移動體的充電信息對上述充電電路進行開閉。
5. 如權(quán)利要求2所述的快速充電用供電方法，其特征在于， 由上述第一蓄電機構(gòu)供給的直流電的一部分用于對上述移動體的充電系統(tǒng)中的發(fā)熱部進行冷卻。
6. 如權(quán)利要求l所述的快速充電用供電裝置，其特征在于，上述供電機構(gòu)由將輸入的交流電變換為直流電的整流器構(gòu)成。
7. 如權(quán)利要求6所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 上述供電控制機構(gòu)具有僅在規(guī)定時間段向上述第一蓄電機構(gòu)供給來自上述整流器的直流電的功能。
8. 如權(quán)利要求l所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 上述供電機構(gòu)由燃料電池構(gòu)成。
9. 如權(quán)利要求l所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 上述第一蓄電機構(gòu)由蓄電池和雙電層電容器中的至少一個構(gòu)成。
10. 如權(quán)利要求6所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 利用可再生能源來產(chǎn)生向上述整流器輸入的交流電。
11. 如權(quán)利要求8所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 上述燃料電池將對化石燃料進行重整而得到的氫氣作為燃料。
12. 如權(quán)利要求8所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 上述燃料電池將利用電能制造出的氫氣作為燃料，該電能是利用可再生能源所產(chǎn)生的電能。
13. 如權(quán)利要求8所述的快速充電用供電裝置，其特征在于， 上述燃料電池與變換器連接，該變換器將從該燃料電池輸出的直流電變換為交流電，并將該交流電供給至商用電源系統(tǒng)。
14. 如權(quán)利要求1或2所述的快速充電用供電裝置或快速充電用供電 方法，其特征在于，上述移動體是車輛、船舶和飛機中的至少一種。
全文摘要
一種快速充電用供電裝置以及快速充電用供電方法，目的在于能夠通過單一的裝置對各種移動體進行快速充電用的供電，而且向移動體供給高品質(zhì)的電能。一種向具有快速充電控制功能的移動體供給用于快速充電的電能的快速充電用供電裝置，具備供給直流電的整流器(11)；儲存來自整流器(11)的直流電并輸出純直流電的第一蓄電機構(gòu)(15)；向搭載了第二蓄電機構(gòu)(85)的車輛(50)直接輸送來自第一蓄電機構(gòu)(15)的純直流電的充電電路(20)，所述第二蓄電機構(gòu)(85)能夠儲存來自第一蓄電機構(gòu)(15)的直流電；以及供電控制機構(gòu)(12)，在基于來自第一蓄電機構(gòu)(15)的供電進行第二蓄電機構(gòu)(85)的充電時，中止從整流器(11)向第一蓄電機構(gòu)(15)的供電。由于從第一蓄電機構(gòu)(15)供給的純直流電在車輛(50)側(cè)被控制成適合第二蓄電機構(gòu)(85)的充電條件的電能，因此即使是種類不同的車輛也能夠利用從同一快速充電用供電裝置(10)供給的電能來進行快速充電。此外，由于能夠向車輛(50)供給純直流電這種高品質(zhì)的電能，因此在車輛(50)的電路設(shè)計中幾乎不需要考慮供電的噪聲、電涌等，能夠使得車輛(50)的電路設(shè)計變得容易。
文檔編號H02J7/00GK101617454SQ200880005479
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月19日
發(fā)明者菅野富男 申請人:株式會社能量應(yīng)用技術(shù)研究所