电动式移动体及电动式移动体的快速充电方法

专利名称：电动式移动体及电动式移动体的快速充电方法
技术领域：
本发明涉及一种将电动机作为原动机的车辆或船舶等电动式移动体， 尤其涉及能够通过从外部的电力供给装置供给的电力进行快速充电的电动 式移动体及电动式移动体的快速充电方法。
背景技术：
电动汽车因不排放废气而在环境方面有优势，但是存在需要比较长的 时间来充电的问题。为了缩短充电时间，需要在短时间内向电动汽车提供 大的电力，在仅铺设了低压电线的地域，需要增大电力设备的受电容量。 因此，已知对商用交流电进行整流而向蓄电池中储存直流电，利用所储存
的直流电来进行电动汽车的快速充电的技术(参照专利文献1、 2)。专利 文献1的充电装置是利用切换开关通过一个充电器来对蓄电用的设备蓄电 池进行充电以及对电动汽车用的蓄电池进行充电的装置。专利文献2的充 电装置具有储存白天电力的白天用蓄电池和储存夜间电力的夜间用蓄电 池，在白天使用时，若在夜间用蓄电池中残留有电力，则通过充电器将剩 余夜间电力提供给电动汽车的蓄电池。
另外，在将大电流供给至电动汽车的快速充电的情况下，由于充电 系统发热，所以需要进行充电系统的强制冷却。因此，已知一种电动式 移动体，冷却快速充电中的充电系统(参照专利文献3)。在该电动式
移动体中，从外部供给用于冷却蓄电池的冷风，防止急速充电中的蓄电 池的过热。
专利文献l:日本特开平5 — 207668号公报 专利文献2:日本特许3334115号公报 专利文献3:日本特开平8-37705号公报
然而，在专利文献l以及专利文献2的充电装置中，充电条件是根据搭载于电动汽车的蓄电池的规格而设定的，不可能利用相同的充电装置对 充电条件不同的多个车辆进行充电。因此，能够充电的车种受到了限制， 在对充电条件分别不同的多个车辆同时进行充电的情况下，需要适合该车 辆的充电条件的多个充电装置。在专利文献3的电动式移动体中，在进行 快速充电时需要从外部供给用于蓄电池冷却的制冷剂，充电作业变得烦杂 并且装置的构成变得复杂。
然而，若使电动汽车具有适合该电动汽车所搭载的蓄电池的快速充电 控制功能，则在各电动汽车的充电条件不同的情况下，也能够通过从相同 的供电装置的电力供给，实现各种电动汽车的同时快速充电，这有利于电 动汽车的普及。并且，如果能够不从外部供给制冷剂地进行伴随快速充电 的充电系统的发热部的冷却，则快速充电操作变得容易，也能够简化装置 的构成。在现代地球环境的改善是一项紧要的任务，不仅车辆如此，对于 排放废气的船舶、飞机等在内的其他的移动体而言，也要要求电动化。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电动式移动体及电动式移动体的快 速充电方法，在充电条件不同的情况下，也能够通过从相同的供电装置的 电力供给，同时进行快速充电，并且能够不从外部供给制冷剂地进行充电 系统的冷却。
为了达成上述目的，发明1所述的发明是一种电动式移动体，搭载有 对从外部的供电装置供给的电力进行储存的蓄电机构，利用该蓄电机构所 储存的电力进行移动，其特征在于，具备充电控制机构，将从上述供电 装置供给的电力控制为适合于上述蓄电机构的快速充电的电压以及电流；
和冷却机构，利用从上述供电装置供给的电力进行上述蓄电机构的充电系 统的强制冷却。
发明2所述的发明是在发明1所述的电动式移动体中，其特征在于， 上述冷却机构具有以来自上述供电装置的电力工作的电子冷却元件。
发明3所述的发明是在发明1所述的电动式移动体中，其特征在于， 上述充电控制机构具备具有直流斩波电路的充电控制单元，该直流斩波电 路将从上述供电装置供给的电力调整为适合于上述蓄电机构的快速充电的
5电压。
发明4所述的发明是在发明1所述的电动式移动体中，其特征在于， 上述蓄电机构由蓄电池、电偶极子层电容器和锂离子电容器的至少某一个 构成。
发明5所述的发明是在发明1所述的电动式移动体中，其特征在于， 上述蓄电机构由锂离子电池构成。
发明6所述的发明是在发明1所述的电动式移动体中，其特征在于， 上述充电控制机构与将上述蓄电机构的充电完成通知给驾驶员的便携式接 收机的充电结束警报机构相连接。
发明7所述的发明是一种电动式移动体的快速充电方法，该电动式移 动体是将从外部的供电装置供给的电力储存到搭载的蓄电机构中，利用该 蓄电机构所储存的电力进行移动，该电动式移动体的快速充电方法的特征 在于，将从上述外部的供电装置供给的电力控制为适合于上述蓄电机构的 快速充电的电压以及电流，利用从上述供电装置供给的电力进行上述蓄电 机构的充电系统的强制冷却。
发明8所述的发明是在发明7所述的电动式移动体的快速充电方法中， 其特征在于，供给到上述电动式移动体的电力，是来自上述供电装置的电 力储存机构的纯直流电。
发明9所述的发明是在发明7所述的电动式移动体的快速充电方法中， 其特征在于，来自上述供电装置的电力，通过传导充电方式或感应充电方 式的某一种，供给到上述电动式移动体。
发明10所述的发明是在发明7所述的电动式移动体的快速充电方法 中，其特征在于，供给到上述电动式移动体的电力是通过可再生能源发电 的电力。
根据发明1以及发明7所述的发明，从供电装置供给的电力被控制为 适合于蓄电机构的快速充电的电压以及电流，因此即使是充电条件不同的 电动式移动体，也能够利用从相同供电装置供给的电力进行快速充电。充 电控制对蓄电机构的寿命等具有非常重要的影响，通过使移动体侧具有适 合于蓄电机构的充电控制功能，从而在电动式移动体的设计中能够进行充 分考虑了蓄电机构的特性的充电控制的设计。以往，快速充电装置和车辆等电动式移动体，由不同的制造者分别制造，但是通过使移动体侧具有充 电控制功能，从而电动式移动体的制造者能够进行蓄电机构和充电控制的 一体设计。因此，能够进行充分发挥蓄电机构的性能的设计，能够提高电 动式移动体的移动性能(例如可行驶距离数等)。并且，通过利用从供电 装置供给的电力的冷却机构来进行充电系统的发热部的冷却，因此不需要 从外部供给制冷剂，充电操作变得容易，能够简化装置的构成。
根据发明2所述的发明，由于使用通过来自供电装置的电力工作的电 子冷却元件来进行充电系统的发热部的冷却，因此不需要氟利昂等制冷剂， 能够有助于地球环境改善。
根据发明3所述的发明，充电控制机构具备具有直流斩波电路的充电 控制单元，因此在蓄电机构的充电电压与从供电装置供给的电力的输出电 压不同的情况下，也能够调整为最适合于蓄电机构的快速充电的充电电压。
根据发明4以及5所述的发明，能够提高蓄电机构的能量密度，因此 能够在蓄电机构中储存大的电力，能够增长通过一次快速充电的电动式移 动体的移动距离。
根据发明6所述的发明，通过充电结束警报机构将蓄电机构的充电完 成通知给驾驶员的便携式接收机，因此在充电中驾驶员能够离开电动式移 动体来行动，驾驶者能够有效利用充电时间。
根据发明8所述的发明，电动式移动体被供给纯直流电这种高品质的 电力，因此在电动式移动体的电路设计中几乎不需要考虑供电的噪声或浪 涌等，电动式移动体的电路设计变得容易。
根据发明9所述的发明，从供电装置向电动式移动体的供电不限于接 触导体的传导充电方式，也可以是利用电磁感应的非接触的感应充电方式， 因此充电操作变得容易。
根据发明IO所述的发明，供给到电动式移动体的电力是通过可再生能 源发电的电力，因此充电时不会排出C02，有助于改善地球环境。


图1是表示本发明实施方式1的电动式移动体和供电装置的连接关系 的电路图。图2是图1的电动式移动体的充电控制机构的电路图。 图3是图1的电动式移动体的冷却单元的概要图。 图4是用于对多台图1的电动式移动体同时进行充电的供电装置的概 要图。
图5是图4的供电装置的充电台附近的主视图。 图6是图4的供电装置的开闭机构的电路图。 图7是表示图4的供电装置的供电控制机构的控制步骤的流程图。 图8是表示图4的供电装置的充电步骤的流程图。 图9是表示图4的供电装置的充电步骤的流程图、是与图8连续的流 程图。
图10是表示本发明实施方式2的电动式移动体的快速充电状态的概要图。
图11是表示本发明实施方式3的电动式移动体的快速充电状态的概要图。
图12是本发明实施方式4的进行电动式移动体的快速充电的充电台附 近的主视图。
图13是表示本发明实施方式5的电动式移动体的利用了基于可再生能 源的电力的快速充电的概要图。 符号说明
5风力发电装置
6太阳光发电装置
7电力调整器
10供电装置
15第一蓄电机构(电力储存机构)
20充电电路
21充电站30开闭机构
31开闭器
32开闭控制部
36充电插头50车辆(电动式移动体)
60冷却机构
61电子冷却元件
65充电连接器
75充电结束警报机构
80充电控制机构
81功率控制部
82充电控制单元
83温度控制单元
84充电信息处理部
85第二蓄电机构(蓄电机构)
89便携式接收机
95一次侧线圈
96二次侧线圈
100船舶(电动式移动体)
110飞机(电动式移动体)
具体实施例方式
接着，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。 (实施方式l)
图1 图9示出了本发明的实施方式1。在图5中，附图标记l表示商 用的交流电源，交流电源1使用例如三相交流电源。来自交流电源1的电 力经由电线2供给至建筑物3内。在建筑物3内设置有作为构成供电装置 10的供电机构的整流器U、供电控制机构12、第一蓄电机构15以及其他 的机器类。整流器11的输入侧与建筑物3内的电线2连接。整流器11具 有在将来自电线2的三相交流电调整至规定的电压值后，将其变换为直流 电的功能。整流器11的输出侧经由供电控制机构12与第一蓄电机构15连 接。供电控制机构12具有根据如后面所述来自开闭机构30的信号S7,停 止从整流器11输出的直流电向第一蓄电机构15的供给的功能。
作为电力储存机构的第一蓄电机构15具有储存来自整流器11的直流电的功能。第一蓄电机构15是能够储存直流电的设备即可，可以是任何种 类的设备，在本实施方式中，由蓄电池、电偶极子层电容器和锂离子电容 器中的至少某一个构成。第一蓄电机构15可以仅由例如多个单元串联连接 而成的控制阀式铅蓄电池构成，也可以采用并用蓄电池和电偶极子层电容 器的构成。此外，第一蓄电机构15也可以仅由大容量的电偶极子层电容器 构成。另外，蓄电池也可以由虽然高价但大容量的锂离子电池构成。此处， 锂离子电容器是兼具有锂离子电池和电偶极子层电容器双方要素的蓄电机 构。整流器11用于对第一蓄电机构15进行充电，具有考虑了第一蓄电机 构15的充电特性的充电功能。第一蓄电机构15的总电压优选设定为接近 后面所述的车辆50的第二蓄电机构85的总电压。本实施方式中，第一蓄 电机构15的总电压例如设定为DC350V左右，能够通过单元的增減来改变。 如图5所示，第一蓄电机构15具有正端子板17和负端子板18。正端 子板17和负端子板18经由供电控制机构12与整流器11的输出侧连接。 建筑物3中设有构成充电电路20的一部分的正公共端子板13以及负公共 端子板14。正公共端子板13以及负公共端子板14用于将来自第一蓄电机 构15的直流电供给至配置在建筑物3外面的多个充电台21。正公共端子板 13以及负公共端子板14通过充电电路20与充电台21的开闭机构30连接。 在此，充电电路20指的是将来自第一蓄电机构15的纯直流电供给至后述 的车辆50的电路。如图4所示，在本实施方式中，由于同时进行多个车辆 的充电，因此在正公共端子板13以及负公共端子板14上并列连接了多个 充电电路20。在建筑物3内设有空调机16，该空调机16在整年间保证室 内温度大致一定，通过保证室内温度大致一定，能够提高第一蓄电机构15 的寿命。
在图5中，充电台21设置在建筑物3附近的充电站内。充电站中设有 多个充电台21，在各充电台21中，经由充电电路20从第一蓄电机构15 供给直流电。充电台21在侧面部具有操作部22和显示部26。操作部22 上设有充电卡读取器23、充电幵始开关24和充电强制停止开关25。显示 部26上设有充电量显示计27、充电电流显示计28和充电费用显示计29。 充电台21中收容的开闭机构30与构成充电电路20的一部分的充电电缆35 连接。充电电缆35在充电以外的时间被保持在充电台21的侧面，充电时
10伸至作为电动式移动体的车辆50侧。在充电电缆35的前端部设有能够与 车辆50的充电连接器65连接的充电插头36。
图1示出了充电时的充电台21和作为电动式移动体的车辆50的连接 关系。充电电缆35的充电插头36与车辆50的充电连接器65连接。来自 第一蓄电机构15的纯直流电经由设置在充电电路20的途中的开闭机构30 供给至车辆50。开闭机构30具有以下功能根据来自充电台21的操作部 22的信号或者来自车辆50的信号进行开闭动作，进行来自第一蓄电机构 15的纯直流电向车辆50的供给或者停止。来自开闭机构30的纯直流电经 由充电电路20供给至车辆50。
图6表示了开闭机构30的详细情况。开闭机构30具有开闭器31和开 闭控制部32。开闭器31具有进行由第一蓄电机构15供给的纯直流电的供 给或者停止的开闭功能，由半导体元件或者电磁接触器构成。开闭器31根 据来自开闭控制部32的信号S21来进行开闭动作。在开闭器31的输出侧 设有电力传感器34。电力传感器34具有检测开闭器31的输出侧的直流电 的电压以及电流的功能。从电力传感器34向开闭控制部32输入信号S6。 此外，开闭控制部32中可以输入来自充电卡读取器23的信号S1、来自充 电开始开关24的信号S2和来自充电强制停止开关25的信号S3。另外， 开闭控制部32中还可以输入来自车辆50的充电控制机构80的信号S4、 S5、 S20。开闭控制部32具有基于所输入的各信号，按照需要向供电控制 机构12输出供电停止信号S7的功能。g卩，开闭控制部32具有这样的功能 当基于输入的信号判断出车辆50正在充电时，向供电控制机构12输出供 电信号S7，使向第一蓄电机构15的直流电的供给停止。从开闭控制部32 向充电台21的显示部26输出信号S8、 S9、 SIO。信号S8是用于在充电量 显示计27上显示从充电开始的充电量(供电量)的信号，信号S9是用于 在充电电流显示计28上显示从开闭器31流向车辆50侧的充电电流的信号。 信号S10是用于在充电费用显示计29上显示与从充电开始到充电结束向车 辆50供给的电量所相当的电费的信号。另外，开闭器31是为了方便而设 置的部件，即使没有开闭器31也可以，只要存在充电电路20就能够进行 车辆50的快速充电。
如图1所示，车辆50中搭载了充电控制机构80以外的其他各种设备。在供给至车辆50的纯直流电通过充电控制机构80而控制成规定的电压以 及电流之后，被供给至第二蓄电机构85。第二蓄电机构85只要具有能够储 存直流电的功能即可，可以是任意种类的设备，但在本实施方式中，由蓄 电池、电偶极子层电容器和锂离子电容器中的至少某一个构成。第二蓄电 机构85也可以仅由例如串联连接多个单元的锂离子电池构成，也可以是并 用锂离子电池和电偶极子层电容器或者锂离子电容器的构成。锂离子电容 器如上所述是兼具有锂离子电池和电偶极子层电容器双方要素的蓄电机 构。
第二蓄电机构85的总电压，在本实施方式中为接近第一蓄电机构15 的总电压的大致350V。此处，充电控制机构80具有最适合于第二蓄电机 构85的快速充电的充电控制功能，因此在第二蓄电机构85的总电压与第 一蓄电机构15的总电压显著不同的情况下，也不会对第二蓄电机构85的 快速充电产生障碍。即，第一蓄电机构15，在快速充电时由于向车辆50 的第二蓄电机构85的供电而剩余容量逐渐减少、总电压也降低，但是在第 一蓄电机构15的总电压降低了的情况下，通过充电控制机构80而以最适 合的充电电压进行第二蓄电机构85的快速充电。第二蓄电机构85所储存 的直流电能够经由控制器86而供给到行驶马达87，车辆50能够将行驶马 达87作为驱动源而行驶。车辆50中搭载有用于对充电系统的发热部进行 冷却的冷却机构60。
图2示出了充电控制机构80的详细内容。充电控制机构80具有功率 控制部81和充电信息处理部84。功率控制部81由充电控制单元82和温度 控制单元83构成。充电控制单元82具有将来自开闭机构30的纯直流电控 制成适合于第二蓄电机构85的充电电压以及充电电流的快速充电控制功 能。充电控制单元82具有直流斩波(chopper)电路(并用升压斩波电路和 降压斩波电路的直流斩波电路)以及电流控制电路。充电控制单元82具有 如下功能根据来自充电信息处理部84的控制信号S22，对由第一蓄电机 构15供给的纯直流电进行斩波控制，以最佳充电电压对第二蓄电机构85 进行充电。从充电控制单元82向第二蓄电机构85输出的电压以及电流被 输出传感器76测定出来，并将来自输出传感器76的信号S16输入充电信 息处理部84。对于锂离子电池的充电而言，尤其需要对充电电压进行高精度控制，因此在充电控制机构80中进行了考虑这一点的高精度的充电控制。 充电控制单元82具有并用了升压斩波电路和降压斩波电路的直流斩波电 路，因此，即使在车辆50充电时第一蓄电机构15的总电压逐渐下降，由 于通过充电控制单元82的直流斩波电路来控制来自第一蓄电机构15的电 压，因此能够以最佳电压对第二蓄电机构85进行充电。因此，在快速充电 时的第一蓄电机构15的输出电压变化不会影响第二蓄电机构85的充电。 这样，充电信息处理部84中预先输入了充电程序，该充电程序用于根据检 测出的第二蓄电机构85的电池电压、充电电流，对第二蓄电机构85进行 最佳的充电控制。
如图2所示，车辆50中搭载有将交流电转换为直流电的转换器91。在 转换器91的输入侧连接有在前端具有充电插头93的电缆92。转换器91 的输出侧与充电控制单元82连接。充电插头93例如能够与家庭用的100V 用或者200V用的插座连接。充电插头93用于使用家庭用的交流电源进行 车辆50的充电，在夜间进行经由充电插头93向车辆50的供电。来自家庭 用的IOOV插座的交流电，在通过转换器91而转换为直流电之后，通过充 电控制单元82调整为适合于第二蓄电机构85的充电条件的电压以及电流。 如此，车辆50成为能够进行充电站的快速充电与家庭中的夜间的长时间充 电的双方的构造。
如图2所示，对于充电控制机构80的充电信息处理部84，有多个信号 输入和输出。设置在图6的开闭器31的输入侧的电压测定传感器33具有 测定第一蓄电机构15的输出电压的功能，在充电开始时来自电压测定传感 器33的信号S12被输入充电信息控制处理部84。在第一蓄电机构15的输 出电压(开路电压)在规定范围内的情况下，从充电信息处理部84向开闭 机构30的开闭控制部32输出表示能够进行车辆50的快速充电这一情况的 信号S5。
如图1所示，车辆50中设有锁定传感器71、运转起动确认传感器72、 停车制动器传感器73、充电量显示计74和充电结束警报机构75。锁定传 感器71具有确认充电插头36与车辆50的充电连接器65相连接的功能。 在充电开始前，来自锁定传感器71的信号Sll输入充电信息控制处理部 84。运转起动确认传感器72具有确认车辆50的起动的功能。在充电开始前，来自运转起动确认传感器72的信号S13输入充电信息控制处理部84。 停车制动器传感器73具有确认停车制动器动作以使车辆50不移动的功能。 在充电开始前，来自停车制动器传感器73的信号S14输入充电信息控制处 理部84。充电量显示计74具有显示第二蓄电机构85的剩余电量的功能。 在充电过程中，从充电信息控制处理部84将信号S18输出至充电量显示计 74。
充电结束警报机构75具有将第二蓄电机构85达到充满电的情况通知 驾驶员88的功能。充电时，通过电流传感器76来测定流向第二蓄电机构 85的充电电流，根据来自电流传感器76的信号S16，由充电信息处理部 84判断第二蓄电机构85是否达到充满电。在判断为第二蓄电机构85已达 到充满电的情况下，从充电信息控制处理部84向充电结束警报机构75输 出信号S19。具有直流斩波电路的充电控制单元，具有通过无线向驾驶员 88所持有的便携式接收机(包括便携式电话机)89通知充电结束这一情况 的功能。在充电过程中，在确认出车辆50上充电功能有异常的情况下，信 号S20从充电信息控制处理部84输出至开闭机构30的开闭控制部20，通 过开闭器31的断开动作来中止车辆50的充电。
图3示出了用于冷却车辆50的充电系统的冷却构件60的构成。冷却 构件60具有电子冷却元件61、马达62和风扇63。风扇63被马达62旋转 驱动，朝着电子冷却元件61的冷却面吹风。电子冷却元件61是利用珀耳 帖效应(Peltiereffect)的元件，通过来自第一蓄电机构15的直流电来进行 动作。在车辆50的充电系统中易发热的部位设有第一温度传感器77以及 第二温度传感器78。第一温度传感器77具有检测第二蓄电机构85的温度 的功能。第二温度传感器78具有检测功率控制部81的温度的功能。来自 第一温度传感器77以及第二温度传感器78的信号S15输入充电信息处理 部84中。在车辆50的充电系统的特定位置的温度上升超过规定值的情况 下，充电信息处理部84将信号S17输出至温度控制单元83。温度控制单 元83根据来自充电信息处理部84的信号S17，向冷却构件60供给来自开 闭机构30的直流电。图3表示通过冷却机构60仅冷却功率控制部81以及 第二蓄电机构85的状态，但是冷却机构60不仅进行这些冷却，还具有冷 却因为用于快速充电的大电流而发热的部位的功能。由于功率控制部81在快速充电时控制由第一蓄电机构15供给的大的 电力，因此半导体元件的温度有上升的可能性。此外，构成第二蓄电机构 85的锂离子电池因与收容空间的关系而以密集的状态被收容，在快速充电 时存在温度上升的可能性。因此，在功率控制部81以及第二蓄电机构85 因快速充电而导致温度上升超过规定值时，通过来自冷却构件60的冷风进 行强制冷却。特别是为了提高易变为高温的功率控制部81的半导体元件的 冷却能力，也可以采用直接将电子冷却元件61安装在功率控制部81上的 构造。并且，也可以构成为通过电子冷却元件61来冷却在充电系统中循环 的水，利用该被冷却的水进行发热部的冷却的构成。在本实施方式中，采 用了使用电子冷却元件61的冷却构造，但只要是冷却机构60利用由第一 蓄电机构15供给的电力的机构，并不仅限于电子冷却元件61，例如也可以 是内燃机的强制冷却那样通过电动风扇来冷却通过散热器的冷却水的构 造。并且，也可以构成为，在充电系统的发热部上安装热发电元件(省略 图示)，并通过车辆50有效利用该热发电元件所发电的电力。
能够利用本发明的供电装置10来进行充电的车辆使用马达作为原动 机，除了图4的客车型的车辆50之外，车辆的概念还包括跑车(sports car) 51、大客车52和货车53。另外，快速充电对象的车辆此外也包括搬运车、 铁道车辆、有轨电车、单轨电车(monorail)、建设用车辆等。对于不同的 车辆种类，第二蓄电机构的单元个数、容量等也不同，因此跑车51中搭载 有与车辆50不同的第二蓄电机构85a。大客车52中搭载了第二蓄电机构 85b，货车53中搭载了第二蓄电机构85c。跑车51具有适合于第二蓄电机 构85a的充电控制功能，大客车52具有适合于第二蓄电机构85b的充电控 制功能。同样地，货车53具有适合于第二蓄电机构85c的充电控制功能。
接着，对实施方式1中的电动式移动体的快速充电方法进行说明。图7 示出了供电控制机构12的控制的动作步骤。在图7中，在步骤151中，判 断是否存在来自作为电动式移动体的车辆50的充电请求。在步骤151中判 断出存在来自车辆50的充电请求的情况下，前进至步骤152，信号S7从 开闭机构30输出至供电控制机构12，停止来自整流器ll的直流电向第一 蓄电机构15的供给。在步骤151中判断出不存在来自车辆50的充电请求 的情况下，前进至步骤153，继续进行来自整流器ll的直流电向第一蓄电机构15的供给。在来自整流器11的直流电向第一蓄电机构15的供给被停 止的状态下，可以由仅来自第一蓄电机构15的直流电进行车辆50的充电。
图8以及图9示出了从电动式移动体的快速充电方法中的充电开始到 充电结束为止的动作步骤。若车辆50达到充电站，则车辆50在空的充电 台21的附近停车。在开始充电前，车辆50的运转开关(省略图示)关闭， 通过停车制动器(省略图示)的动作来使车辆50固定在停车位置。然后， 如步骤161所示，向充电台21的卡读取器23中插入充电卡(省略图示)。 充电卡具有与现金相同的功能，通过向卡读取器23中插入充电卡，使得车 辆50的充电开始变为可能。接着，前进至步骤162，取下被保持在充电台 21上的充电电缆35，将充电电缆35的前端部的充电插头36安装在车辆50 的充电连接器65上。充电插头36的安装是通过将充电插头36推入充电连 接器65中来进行的。充电插头36的完全安装即代表充电电路20与车辆50 已连接。充电插头36的安装通过车辆50侧的锁定传感器71进行确认。
若充电插头36的安装完成，则前进至步骤163，充电台21的充电开始 开关24接通。接着，前进至步骤164，停止从整流器11向第一蓄电机构 15的供电。在该状态下，整流器11和第一蓄电机构15变为电分离状态， 仅由第一蓄电机构15的供电进行车辆50的充电变为可能。若向第一蓄电 机构15的供电停止，则前进至步骤165，判断车辆50的充电开始条件是否 全部确认。即，在步骤165，判断各来自锁定传感器71的信号Sll、来自 电压测定传感器33的信号S12、来自运转起动确认传感器72的信号S13 和来自停车制动器传感器73的信号S14是否已输入。在步骤165中，在判 断出充电开始条件确认已完成的情况下，前进至步骤166，充电电路20的 开闭器31打开，在步骤167中车辆50充电开始。
接着，若车辆50的充电开始，则前进至图9的步骤168，判断充电系 统的温度是否在上升。在步骤168中判断出充电系统的温度上升超过规定 值的情况下，前进至步骤169，通过冷却机构60对功率控制部81以及第二 蓄电机构85进行冷却。在步骤168中，在判断出充电系统的温度是正常的 情况下，前进至步骤170，判断充电系统的充电控制功能等是否为异常。在 步骤170中判断出充电控制功能等为异常的情况下，前进至步骤174，将开 闭器31关闭，充电中止。在步骤170中，在判断出充电控制功能等没有异常的情况下，前进至步骤171。在步骤171中，在希望使车辆50的充电强 制结束的情况下，前进至步骤178，充电强制停止开关25接通。若充电强 制停止开关25接通，则前进至步骤174，将开闭器31关闭，充电中止。充 电的强制结束仅在用于充电的时间等有限的情况下有效，能够参考在充电 台21的显示部26上显示的充电电流值来选择充电停止的定时。另外，在 本实施方式中，构成为在检测到充电系统的温度上升后使冷却构件60动作， 但在充电系统的冷却仅通过自然散热并不足够的情况下，也可以构成为在 充电开始的同时，使冷却构件60动作。
在步骤171中，在不需要使车辆50的充电结束的情况下，前进至步骤 172，继续进行充电。在步骤173中，判断第二蓄电机构85是否达到充满 电。该判断是根据第二蓄电机构85的充电电流的测定值来判断的。S卩，第 二蓄电机构85是否达到充满电是根据来自电流传感器76的信号S16，通 过充电信息处理部84来进行判断的。在步骤173中，在判断出第二蓄电机 构85达到充满电的情况下，前进至步骤174，将开闭器31关闭，充电结束 (步骤175)。接着，从车辆50的充电连接器65卸下充电插头36 (步骤 176)。在充电结束的状态下，在充电台21的显示部26上显示充电电量以 及充电费用。然后，前进至步骤177，向插入充电台21的卡读取器23中的 充电卡(省略图示)电写入充电费用等，在线进行向银行等的电费支付手 续。然后，从卡读取器23取出充电卡。
这样，由于能够将第一蓄电机构15中所储存的大的电力直接利用于第 二蓄电机构85的充电，因此能够在短时间内实现车辆50的充电。g卩，第 一蓄电机构15能够储存相当于车辆50的第二蓄电机构85的电力储存能力 为例如数百倍的大的电力，并且在第一蓄电机构15和车辆50之间不存在 充电控制功能等，因此能够将第一蓄电机构15中储存的大的电力直接送至 车辆5(H则，如图4所示，即使是多个车辆也能够同时进行快速充电。
在本发明中，由于车辆50具有充电控制机构80，因此车辆50能够将 由第一蓄电机构15供给的纯直流电控制成最适合第二蓄电机构85的充电 的电压及电流。即，充电控制机构80的功能对第二蓄电机构85的寿命等 有非常大的影响，通过将充电控制机构80搭载在车辆50中，能够进行实 现第二蓄电机构85的充电特性和充电控制功能的匹配(matching)的设计。由此，第二蓄电机构85能够发挥符合期待的性能，能够提高车辆50的性 能。此外，向车辆50供给纯直流电这种高品质的电力，能够以高品质的电 力为前提来设计车辆50的电控制电路。从而，对于快速充电中向车辆50 供给的直流电几乎不需要考虑波动、噪声、浪涌，能够使车辆50的电控制 电路的设计变得容易，并且能够提高车辆50的电控制功能的可靠性。
上述内容是仅对车辆50的充电步骤进行了说明，但如图4所示，在同 时充电多个车辆的情况下，由于第二蓄电机构85、 85a、 85b、 85c的容量 不同，各车辆达到充满电的时间分别不同。在充电开始之初，车辆50的充 电电流是Il，跑车51的充电电流是I2。同样地，大客车52的充电电流是 13，货车53的充电电流是I4。若各车辆的充电继续进行，则充电电流与充 电开始之初相比显著下降，在接近于充满电时几乎不流动充电电流。然后， 在第二蓄电机构85a、 85b、 85c达到充满电时，来自各开闭机构30的信号 S7分别输出至供电控制机构12，各车辆的充电自动停止。
另夕卜，冷却机构60在本实施方式中用于充电系统的冷却，但由于电子 冷却元件61不仅具有冷却面还具有发热面，因此也具有调整车辆50内的 温度的功能。因此，冷却构件60不仅能够进行充电系统的冷却，还能够用 作车辆50内的空调装置。若将使用了电子冷却元件61的冷却构件60也作 为空调装置来使用，则不需要像以往的空调装置那样使用作为制冷剂的哈 龙气体等，从地球环境改善的观点来看也是优选的。
在本实施方式中，第一蓄电机构15固定在固定位置上，但如果将第一 蓄电机构15载放在卡车等上，也可以将该卡车用作为补充电用车辆。艮口， 搭载在车辆50上的充电控制机构80具有对第二蓄电机构85进行最适合的 充电的功能，因此在卡车上不需要搭载用于车辆50的充电的控制装置，在 没有快速充电站的地区，在由于长距离行驶而车辆50的第二蓄电机构85 的剩余容量显著降低的情况下，能够利用载放在卡车上的第一蓄电机构15 容易地进行第二蓄电机构85的快速充电。如此，利用来自卡车所载放的一 个第一蓄电机构15的直流电，能够进行图4所示的各种车辆50、 51、 52、 53的快速充电。
(实施方式2)
图10示出了本发明的实施方式2，示出了适用于作为电动式移动体的船舶的快速充电的情况。如图IO所示，能够从并联连接至第一蓄电机构15 的各充电电路20向旅客船100的第二蓄电机构85d、电动船101的第二蓄 电机构85e、汽车渡轮102的第二蓄电机构85f以及深海用潜水艇103的第 二蓄电机构85g供给充电用的电力。从地球环境改善的观点来看也希望促 进以电动力推进的船舶的利用。作为船舶的原动机，优选采用例如高性能 的高温超导马达。在本实施方式中，按每个船舶对由第一蓄电机构15供给 的纯直流电进行充电控制，由此控制成最适合各第二蓄电机构85d、 85e、 85f、 85g的充电电压以及充电电流，使得各种船舶的同时快速充电成为可 能。
(实施方式3)
图11示出了本发明的实施方式3，示出了适用于作为电动式移动体的 飞机的快速充电的情况。如图11所示，能够从并联连接至第一蓄电机构15 的各充电电路20向双引擎飞机(包括垂直起降机和VTOL机)110的第二 蓄电机构85h、单引擎机lll的第二蓄电机构85i、直升机112的第二蓄电 机构85j以及飞艇113的第二蓄电机构85k供给充电用的电力。从地球环境 改善的观点来看也希望促进由电动力推进的飞机的利用。作为飞机的原动 机例如优选釆用轻量的无芯马达等。各飞机通过来自第二蓄电机构的电力 使螺旋桨或者旋翼叶片旋转驱动从而进行飞行。在本实施方式中，按每架 飞机对由第一蓄电机构15供给的纯直流电进行充电控制，由此控制成最适 合各第二蓄电机构85h、 85i、 85j、 85k的充电电压以及充电电流，使得各 种飞机的同时快速充电成为可能。另外，在飞机的情况下，由于与机体重 量的关系，在难以大量搭载大容量的第二蓄电机构85h、 85i、 85j、 85k的 情况下，也可以构成为并用第二蓄电机构85h、 85i、 85j、 85k和燃料电池。 (实施方式4)
图12表示本发明的实施方式4，表示实施方式l的变形例。此处，对 于与实施方式1相同的构成赋予相同符号并省略其说明。后面所述的其他 实施方式也相同。
实施方式1表示与导体接触而进行供电的传导充电方式，但是在实施 方式4中为了使充电操作容易，采用能够进行以利用了电磁感应的非接触 的供电的感应充电方式。如图12所示，开闭机构30与将直流转换为交流
19的转换器40连接。转换器40具有将来自第一蓄电机构15的直流电转换为 高频的交流的功能。转换器40的输出侧与埋设在地下的一次侧线圈95连 接。 一次侧线圈95以仅上面露出于地表面的状态埋设在地下。在车辆50 的底板部搭载有二次侧线圈96。在快速充电时，车辆50停车在一次侧线圈 95的正上方，以使二次侧线圈96与一次侧线圈95相对。在快速充电时， 从转换器40向第一线圈95供给高频电力，并通过电磁感应而在二次侧线 圈96中感应交流电。在二次侧线圈96中产生的交流电通过转换器(感应 器)97转换为直流电，所转换的直流电被供给到充电控制机构80。
在如此构成的实施方式4中，来自第一蓄电机构15的电力以非接触状 态供给到车辆50的充电控制机构80，能够在不使用图5那样的充电插头 36的条件下进行快速充电。因此，在快速充电时不需要机械的连接，快速 充电操作显著地变得容易。 (实施方式5)
图13示出了本发明的实施方式5，表示实施方式1的变形例。风力发 电装置5或太阳光发电装置6是不使用化石燃料的发电装置，在发电时不 排出C02，因此对环境较好。但是，风力发电装置5或太阳光发电装置6 容易受到天气的影响，输出变动较大，因此具有难以与电力系统配合的问 题。在实施方式5中，将来自输出变动较大的风力发电装置5或太阳光发 电装置6的电力储存到第一蓄电机构15中，利用所储存的电力进行车辆50 的快速充电。
如图13所示，在供电控制机构12的输入侧连接有电力调整器7。来自 风力发电装置5的电力或来自太阳光发电装置6的电力，通过电力调整器7 调整为能够输入到第一蓄电机构15中的直流电之后，经由供电控制机构12 供给到第一蓄电机构15。对于第一蓄电机构15，考虑到所供给的电力变动 较大的情况，优选选定最适合的种类。供给到第一蓄电机构15的电力可以 仅是来自风力发电装置5的电力，也可以仅是来自太阳光发电装置6的电 力。并且，也可以构成为来自风力发电装置5的电力和来自太阳光发电装 置6的电力的任一方都供给到第一蓄电机构15。
在如此构成的实施方式5中，能够将来自输出变动较大的风力发电装 置5或太阳光发电装置6的电力储存到第一蓄电机构15中，因此能够利用所储存的电力进行各种车辆50、 51、 52、 53的快速充电。 一直以来，为了 提高风力发电和太阳光发电的利用价值，计划将输出变动较大的风力发电 或太阳光发电的电力储存到电力储存用蓄电池中，并为了与电力系统的配 合而进行输出电力的均衡，但是仅为了均衡而使用电力储存用蓄电池，导 致发电成本升高，成为妨碍促进可再生能源的利用的一个原因。因此，如 实施方式5那样，通过将来自风力发电装置5或太阳光发电装置6的电力 储存到第一蓄电机构15中，并使用于各种车辆50、 51、 52、 53的快速充 电，由此能够弥补输出变动较大的可再生能源发电的缺点，能够谋求促进 太阳光和风力等可再生能源的利用。
以上，详细说明了本发明的实施方式1到5，但是具体的构成不限于这 些实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内的设计变更也包含于本发明。 例如，作为快速充电对象的电动式移动体是包括车辆、船舶、飞机的所谓 交通设备，不限于长距离移动的设备，还包括移动范围较小的建筑设备以 及工业设备等。并且，如实施方式l所说明的那样，从供电装置10向作为 电动式移动体的车辆50供给的直流电优选为纯直流电，但是供给车辆50 的直流电当然也可以是从整流器输出的包含波纹的直流电。
权利要求
1、一种电动式移动体，搭载有对从外部的供电装置供给的电力进行储存的蓄电机构，利用该蓄电机构所储存的电力进行移动，其特征在于，具备充电控制机构，将从上述供电装置供给的电力控制为适合于上述蓄电机构的快速充电的电压及电流；以及冷却机构，利用从上述供电装置供给的电力，进行上述蓄电机构的充电系统的强制冷却。
2、 如权利要求l所述的电动式移动体，其特征在于， 上述冷却机构具有电子冷却元件，通过来自上述供电装置的电力工作。
3、 如权利要求l所述的电动式移动体，其特征在于， 上述充电控制机构具备充电控制单元，具有直流斩波电路，该直流斩波电路将从上述供电装置供给的电力调整为适合于上述蓄电机构的快速 充电的电压。
4、 如权利要求l所述的电动式移动体，其特征在于，上述蓄电机构由蓄电池、电偶极子层电容器和锂离子电容器的至少某 一个构成。
5、 如权利要求l所述的电动式移动体，其特征在于， 上述蓄电机构由锂离子电池构成。
6、 如权利要求l所述的电动式移动体，其特征在于， 在上述充电控制机构上，连接有充电结束警报机构，该充电结束警报机构向驾驶员的便携式接收机通知上述蓄电机构的充电完成。
7、 一种电动式移动体的快速充电方法，该电动式移动体将从外部的供 电装置供给的电力储存到搭载的蓄电机构中，利用该蓄电机构所储存的电 力进行移动，该电动式移动体的快速充电方法的特征在于，将从上述外部的供电装置供给的电力控制为适合于上述蓄电机构的快 速充电的电压及电流，利用从上述供电装置供给的电力进行上述蓄电机构 的充电系统的强制冷却。
8、 如权利要求7所述的电动式移动体的快速充电方法，其特征在于， 供给到上述电动式移动体的电力是来自上述供电装置的电力储存机构的纯直流电力。
9、 如权利要求7所述的电动式移动体的快速充电方法，其特征在于， 来自上述供电装置的电力，通过传导充电方式或感应充电方式的某一种，供给到上述电动式移动体。
10、 如权利要求7所述的电动式移动体的快速充电方法，其特征在于， 供给到上述电动式移动体的电力是通过可再生能源发电的电力。
全文摘要
提供一种电动式移动体及电动式移动体的快速充电方法，在充电条件不同的情况下，也能够通过来自相同的供电装置的电力供给来进行快速充电，并且能够不从外部供给制冷剂地进行充电系统的冷却。该电动式移动体(50)搭载有对从外部的供电装置(10)供给的直流电进行储存的蓄电机构(85)，利用蓄电机构(85)所储存的直流电进行移动，其特征在于，具备充电控制机构(80)，将从供电装置(10)供给的直流电控制为适合于蓄电机构(85)的快速充电的电压以及电流；和冷却机构(60)，利用从供电装置(10)供给的直流电进行蓄电机构的充电系统的强制冷却。
文档编号B60L11/18GK101657336SQ20088001209
公开日2010年2月24日 申请日期2008年4月9日 优先权日2007年4月17日
发明者菅野富男 申请人:株式会社能量应用技术研究所