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公開番号2021027793
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019219039
出願日20191203
発明の名称電動移動体及び電動移動体充電システム
出願人株式会社日立パワーソリューションズ
代理人特許業務法人磯野国際特許商標事務所
主分類B60L 53/24 20190101AFI20210125BHJP(車両一般)
要約【課題】地域内の直流の給電スポットを利用することができる電動移動体を提供する。
【解決手段】電動移動体Vは、管理エリアにおいて所定電圧の直流電源を供給する直流電源母線DJから直流電力を受給する第1の受給接続部J1と、第1の受給接続部J1から受給する直流電力を交流電力に変換する第1の電力変換装置1と、電力貯蔵装置4と、電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する第2の電力変換装置2と、第2の電力変換装置2に第1の電力変換装置1、または、第2の駆動用電動装置5bの何れかを選択して接続する電力受給切替装置3と、第1の電力変換装置1に第1の受給接続部J1または電力貯蔵装置4、の何れか選択して接続する第1のスイッチ8と、第1の電力変換装置1を第1の駆動用電動装置5aまたは電力受給切替装置3に接続する第2のスイッチ9と、制御装置7とを含んで構成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
電力を供給して、駆動用輪軸に具備された駆動用電動装置を回転駆動させて走行する電動移動体であって、
前記電動移動体は、
管理されたエリアにおいて所定電圧の直流電源を供給する直流電源母線から直流電力を受給する電力受給接続部と、
前記電力受給接続部から受給する直流電力を交流電力に変換する第1の電力変換装置と、
電力を貯蔵し、前記駆動用電動装置を回転駆動するのに必要な電力を供給する電力貯蔵装置と、
前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する第2の電力変換装置と、
外部ネットワークと通信する通信部と、を有することを特徴とする電動移動体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電動移動体及び電動移動体充電システムに関する。
続きを表示(約 7,100 文字)【背景技術】
【0002】
ある地域の既設の風力発電設備については、FIT(再生可能エネルギの固定価格買取制度)の契約で定められた20年間の電力系統への売電期間がまもなく終了する。売電期間終了後の風力発電設備の運用が望まれていた。
【0003】
化石燃料価格の高騰、環境への配慮、地球温暖化防止などを背景に、大容量の蓄電池を搭載したプラグインハイブリッド電動車両、ピュア電動車両が注目され、その市場が急激に拡大している。この傾向がさらに加速するものと予測されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2016−103971号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、電動車両は、所定の位置に配設する、長い充電時間を必要とする普通充電タイプか、短い充電時間で充電可能な急速充電タイプの給電設備を必要とする。特許文献1には、急速充電装置を連系して充電容量を確保することが提案されている。既存の充電装置は、基本的に交流の商用電力系統から充電装置を介して電力供給を受けている。従って、充電環境を改善しようとすると、これらの商用電力系統に充電設備を新たに設置することを要し、大きなコスト負担となっている。
【0006】
他方、既存の風力発電設備の有効活用を図るため、地域内での自家消費型への電力供給に切り替えて運用することが望まれている。さらに、地域内には、太陽光発電設備、自家発電設備等が存在している。このため、発明者らは、既存の電動車両の充電方式に限定せず、地域内の発電設備を有効利用した電動移動体、電動移動体充電システムについて検討した。
【0007】
本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、地域内の直流の給電スポットを利用することができる電動移動体及び電動移動体充電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記目的を達成するため、本発明の電動移動体は、電力を供給して、駆動用輪軸に具備された駆動用電動装置を回転駆動させて走行する電動移動体であって、電動移動体は、管理されたエリアにおいて所定電圧の直流電源を供給する直流電源母線から直流電力を受給する電力受給接続部(例えば、第1の受給接続部J1)と、電力受給接続部から受給する直流電力を交流電力に変換する第1の電力変換装置と、電力を貯蔵し、駆動用電動装置を回転駆動するのに必要な電力を供給する電力貯蔵装置と、電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する第2の電力変換装置と、外部ネットワークと通信する通信部(例えば、情報端末T)と、を有することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、電動移動体は、地域内の直流の給電スポットを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本実施形態に係る管理エリアの電動移動体充電システムの構成を示す図である。
本実施形態に係る電動移動体の充電モードの構成を示す図である。
本実施形態に係る電動移動体の走行モードの構成を示す図である。
本実施形態に係る電動移動体の駆動用輪軸と電力変換装置との関係を示す図であり、(a)は単輪駆動方式の場合、(b)全輪駆動方式の場合である。
本実施形態に係る管理装置の構成を示す図である。
本実施形態に係る記憶部の固定情報の一例を示す図である。
本実施形態に係る記憶部の変動情報の一例を示す図である。
本実施形態に係る管理装置の課金処理の例を示すフローチャートである。
本実施形態に係る電力受給切替装置及び電気的絶縁装置の構成を示す図である。
本実施形態に係る管理装置の通常充電モードの処理を示すフローチャートである。
本実施形態に係る管理装置の急速充電モードの処理を示すフローチャートである。
本実施形態に係る接続装置の配置構成例を示す図である。
本実施形態に係る接続装置の回路構成例を示す図である。
本実施形態に係る管理装置の充電奨励モードを示す図であり、(a)は再生可能エネルギの余剰電力を示す説明図であり、(b)は充電奨励モードの具体例を示す図である。
本実施形態に係る管理装置の充電奨励モードの処理を示すフローチャートである。
本実施形態に係る電動移動体充電システムを用いたエネルギマネージメントシステム(EMS)を示す図である。
本実施形態に係る管理エリアの給電スポットの他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る管理エリアA1の電動移動体充電システム100の構成を示す図である。電動移動体充電システム100は、管理されたエリアにおいて、電動移動体Vに直流電力を供給する電動移動体充電システムである。直流電源母線DLは、所定の直流電圧を出力する電力変換器を出力部に備えた自然エネルギを利用する発電設備(例えば、第1発電設備10、第2発電設備20)の出力、所定の直流電圧を出力する電力変換器を出力部に備えた内燃力発電設備(例えば、第3発電設備30)の出力、所定の直流電圧を出力する電力変換器を出力部に備えた蓄電池(例えば、蓄電設備50)の出力、及び、商用電力系統からの所用電源に所定の直流電圧を出力する電力変換器を備えた電源設備(例えば、供給設備40)の出力、の組合せにより構成される。電動移動体充電システム100は、管理装置80を備え、電動移動体Vに付与された識別情報(電動移動体管理ID821a、図6参照)が登録識別情報として管理装置80に記憶された電動移動体Vに対して直流電源母線DLから前記直流電力を供給することができる。
【0012】
電動移動体充電システム100は、特定の管理エリアA1に電力を供給する1以上の再生可能エネルギの風力発電設備である第1発電設備10と、1以上の再生可能エネルギの太陽光発電設備である第2発電設備20と、熱機関を動作させて発電する1以上の第3発電設備30と、商用電力系統41の交流系統からの供給設備40と、第1発電設備10、第2発電設備20、第3発電設備30の余剰電力を蓄電・放電する蓄電設備50と、直流電源装置の出力部を同一の電力線(直流電源母線DL)に物理的接続して直流電源母線DLを構成する電源接続装置60と、電動移動体Vを直流電源母線DLに物理的接続する接続装置70と、管理エリアA1への電力供給量を制御する管理装置80とを含んで構成されている。接続装置70は、通電用スイッチ71と出力接続部JL(給電スポット)と制御部74とを含んでいる。なお、接続装置70の詳細については、図12、図13を参照して後記する。
【0013】
管理エリアとは、自治体の管轄地域内や企業の事業所内など、一管理者により管理される地域であって、直流電源母線DLを敷設し、電動移動体Vを登録する上で第三者から何らの制限を受けることのない地域である。
【0014】
第1発電設備10は、風力発電機11からの交流電力を電力変換器12で所定電圧の直流電力に変換してから直流電源母線DLに接続されている。同様に、第2発電設備20は、太陽光発電機21からの直流電力を電力変換器22で所定電圧の直流電力に変換してから直流電源母線DLに接続されている。第3発電設備30は、熱機関を動作させて発電する発電機31の交流電力を電力変換器32で所定電圧の直流電力に変換してから直流電源母線DLに接続されている。供給設備40は、商用電力系統41の交流電力を電力変換器42で所定電圧の直流電力に変換してから直流電源母線DLに接続されている。蓄電設備50は、電力蓄電装置51の直流電力を電力変換器52で変換してから直流電源母線DLに接続されている。なお、図1においては、供給設備40は、系統内の電力需要が足りているため直流電源母線DLから遮断されている。
【0015】
電動移動体充電システム100は、さらに、電動移動体Vを直流電源母線DLに物理的接続する接続装置70Aと、直流電源母線DLと接続装置70Aとの間に急速充電用電力変換器65を備えている。
【0016】
直流電源母線DLは、接続装置70,70Aを介して、電動移動体Vに電力を供給するための1以上の出力接続部JL(給電スポット)を有する。電動移動体Vは、両端に接続部JC1,JC2(図2参照)を有するケーブルCを介して電力供給を受ける。電動移動体VへのケーブルCが接続されていない状態では、接続装置70,70Aは、遮断されている。
【0017】
また、直流電源母線DLは、予め定められた位置に電圧低下を補償する電圧補償装置90を備え、直流電源母線JLに備えられたすべての出力接続部JLにおいて所定電圧を供給する。
【0018】
第3発電設備30は、例えば、木質ガス化発電機、液化天然ガス発電機、バイオガス発電機、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ケロシンエンジン、ロータリエンジン、ガスタービンによる発電設備等である。木質ガス化発電機は、廃棄する予定の間伐材等を利用して発電するため、電動移動体充電システム100において低コスト化が図れるというメリットがある。
【0019】
第1発電設備10及び第2発電設備20の構成は、特に限定されるものではないが、第1発電設備10及び第2発電設備20は、再生可能エネルギを利用した発電機であることが好ましく、第3発電設備30は、発電コストが安い自家発電機であることが好ましい。
【0020】
本実施形態では、管理エリア(地域)の既設の風力発電設備がFIT(再生可能エネルギの固定価格買取制度)の契約で定められた20年間の電力系統への売電期間がまもなく終了するため、売電期間終了後の風力発電設備を運用することを図った。風力発電設備、太陽光発電設備の運用を行うことにより、燃料コストを掛けずに地域内へ電力を供給することが可能となる。
【0021】
また、風力発電設備及び太陽光発電設備における発電量が要求負荷に対して足りなくなった場合に、例えば、木質ガス化発電機において追炊き運転を行って発電出力を上げると共に、電力を追加で供給することができる。
【0022】
管理装置80は、接続装置70を介して電動移動体Vが直流電源母線DLに物理的接続されたときに通常充電モードを選択し、電動移動体Vに予め付与された電動移動体識別情報を取得して、電動移動体識別情報が直流電源母線DLに電気的接続可能な登録情報と判別したときに電動移動体Vに充電モードを設定し、直流電源母線DLから電動移動体Vに必要量の直流電力を供給して電動移動体Vに搭載された電力貯蔵装置4(図2参照)を充電し、電動移動体Vに必要量の直流電力を供給したときに充電モードを解除し、直流電源母線DLと電動移動体Vとを解列する。
【0023】
また、管理装置80は、接続装置70Aを介して電動移動体Vが急速充電用電力変換器65に物理的接続されたときに急速充電モードを選択し、電動移動体識別情報を取得して、電動移動体識別情報が急速充電用電力変換器65に電気的接続可能な登録情報と判別したときに電動移動体Vに充電モードを設定し、急速充電用電力変換器65を介して、直流電源母線DLから供給するより高圧な大容量の直流電力を電動移動体Vに必要量供給して電動移動体Vに搭載された電力貯蔵装置4(図2参照)を充電し、電動移動体Vに必要量の直流電力を供給したときに充電モードを解除し、直流電源母線DLと電動移動体Vとを解列する。
【0024】
すなわち、出力接続部JLに電動移動体Vが物理的接続されたときに、電動移動体Vに付与されている電動移動体識別情報を取得して、電動移動体識別情報に基づき、電動移動体Vが給電対象電動移動体か否かを判定し、給電対象電動移動体と判定されたときに、接続装置70,70Aは、直流電源母線DLと電動移動体Vとを電気的接続し、電動移動体Vの蓄電可能容量に到達するまで、または、電動移動体Vが出力接続部JLから解列されるまで、出力接続部JLから電動移動体Vに直流電力を供給する。
【0025】
管理装置80は、電動移動体管理ID821a(登録識別情報)(図6参照)にリンクされた、通信機能を備えるカーナビまたは携帯端末の情報端末Tと無線通信設備である通信部85(図5参照)により接続され、登録識別情報と、それぞれの登録識別情報に対応した電動移動体Vに配設された電力貯蔵装置の現在の電力貯蔵量を示す現在貯蔵量情報(現在貯蔵量826d、図7参照)とを、無線通信設備により定期的に取得して更新・記憶する。なお、情報端末Tは、電動移動体Vの制御装置7(図2参照)と各種情報を送受信している。
【0026】
図2は、本実施形態に係る電動移動体Vの充電モードの構成を示す図である。図3は、本実施形態に係る電動移動体Vの走行モードの構成を示す図である。適宜図1を参照する。電動移動体Vは、電力を供給して、第1の駆動用輪軸W1及び第2の駆動用輪軸W2(図4参照)に具備された駆動用電動装置5を回転駆動させて走行する電動移動体である。
【0027】
電動移動体Vは、管理されたエリア(例えば、管理エリアA1)において所定電圧の直流電源を供給する直流電源母線DLから直流電力を受給する第1の受給接続部J1(電力受給接続部)と、第1の受給接続部J1から受給する直流電力を交流電力に変換する第1の電力変換装置1と、電力を貯蔵し、第1の駆動用電動装置5a及び第2の駆動用電動装置5bを回転駆動するのに必要な電力を供給する電力貯蔵装置4と、電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する第2の電力変換装置2と、第2の電力変換装置2と第1の電力変換装置1及び第2の駆動用電動装置5bとの中間位置に配設され、第2の電力変換装置2に第1の電力変換装置1、または、第2の駆動用電動装置5bの何れかを選択して接続する電力受給切替装置3とを含んで構成されている。さらに、電動移動体Vは、第1の受給接続部J1と第1の電力変換装置1との中間位置に配設され、第1の電力変換装置1に第1の受給接続部J1、または、電力貯蔵装置4、の何れか選択して接続する第1のスイッチ8と、第1の電力変換装置1を第1の駆動用電動装置5aまたは電気的絶縁装置6を介して電力受給切替装置3に接続する第2のスイッチ9と、第1の電力変換装置1、第2の電力変換装置2、電力受給切替装置3、第1のスイッチ8、第2のスイッチ9等を制御する制御装置7とを含んで構成されている。また、電動移動体Vは、電力貯蔵装置4に直結する第2の受給接続部J2を有している。
【0028】
電動移動体Vは、第1のスイッチ8により電力貯蔵装置4と第1の電力変換装置1とを接続し、第2のスイッチ9により第1の電力変換装置1と第1の駆動用電動装置5aとを接続し、電力受給切替装置3により第2の電力変換装置2と第2の駆動用電動装置5bとを接続し、第1の電力変換装置1から出力された交流電力が第1の駆動用電動装置5aに、第2の電力変換装置2から出力された交流電力が第2の駆動用電動装置5bに供給される走行モードを有する。
【0029】
また、電動移動体Vは、第1のスイッチ8により第1の受給接続部J1と第1の電力変換装置1とを接続し、第2のスイッチ9により第1の電力変換装置1と電力受給切替装置3とを接続し、電力受給切替装置3により第2の電力変換装置2と第1の電力変換装置1とを接続し、第1の電力変換装置1から出力された交流電力を第2の電力変換装置2により直流電力に変換して電力貯蔵装置4に電力を供給する充電モードと、を有する。
【0030】
図2の構成をさらに説明する。
電動移動体Vは、充電モードのときに、第1の受給接続部J1が接続装置70(第1の接続装置)を介して直流電源母線DLに物理的接続されると、電動移動体識別情報を管理装置80に送信するとともに、第1の受給接続部J1と直流電源母線DLとの間で電気的接続が成立してから解列するまでの間、第1の受給接続部J1を介して直流電源母線DLから受電した直流電力を第1の電力変換装置1により交流電力に変換して、第2の電力変換装置2に供給し、直流電力に変換して電力貯蔵装置4に供給して充電する。
(【0031】以降は省略されています)

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