(57)【要約】【課題】急速充電器を著しく小型化することが可能な蓄電モジュールおよびこの蓄電モジュールを急速充電するための蓄電モジュール急速充電システムを提供する。【解決手段】急速充電制御手段が備えるパワー半導体２３は、サファイア基板２３ａと、サファイア基板上に形成された窒化ガリウムパワートランジスタ２３１とを備えており、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１の素子外面には、急速充電制御手段における電力変換によって生ずる熱を放出させる放熱手段２３２が接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蓄電手段と、
電力変換用のパワー半導体を有し、外部から供給される電力に対して電力変換を行って前記第１の蓄電手段の急速充電を行う第１の急速充電制御手段と、
を備えた蓄電モジュールであって、
前記パワー半導体は、サファイア基板と、前記サファイア基板上に形成された窒化ガリウムパワートランジスタとを備え、前記窒化ガリウムパワートランジスタの素子外面には、前記第１の急速充電制御手段における電力変換によって生ずる熱を放出させる放熱手段が接合されている、蓄電モジュール。
【請求項２】
前記パワー半導体は、分極超接合を採用したパワー半導体である、請求項１に記載の蓄電モジュール。
【請求項３】
前記放熱手段は、前記窒化ガリウムパワートランジスタの素子外面におけるソース領域とドレーン領域の少なくともいずれかに接続され、前記サファイア基板に対して遠ざかる方向に延びている、請求項１または２に記載の蓄電モジュール。
【請求項４】
前記第１の急速充電制御手段は、前記第１の蓄電手段との一体設計によって前記第１の蓄電手段の充電特性を考慮した急速充電のための電圧および電流の制御が可能であるように構成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項５】
前記第１の蓄電手段は、少なくともリチウムイオン電池と、電気二重層キャパシタと、リチウムイオンキャパシタのいずれかを含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項６】
前記第１の急速充電制御手段は、前記第１の蓄電手段の充電履歴に基づき前記第１の蓄電手段の充電条件を最適に制御する人工知能を有している、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項７】
前記第１の蓄電手段と前記第１の急速充電制御手段は、少なくとも車両を含む電動式移動体または携帯電話器を含む通信用移動体に組込まれるように構成されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項８】
前記第１の蓄電手段から出力される直流電力の電圧を調整して出力する電力変換器をさらに備える、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールと電気的に接続可能な第２の蓄電手段を有する電力貯蔵装置であって、前記蓄電モジュールが接続された状態では前記第２の蓄電手段から前記蓄電モジュールへの電力供給が可能なように構成されている電力貯蔵装置と、
を備えた蓄電モジュール急速充電システム。
【請求項１０】
前記電力貯蔵装置の前記第２の蓄電手段は、前記第１の蓄電手段よりも蓄電容量が大であり、前記第２の蓄電手段から出力される直流電力によって複数の前記蓄電モジュールを同時に充電することが可能である、請求項９に記載の蓄電モジュール急速充電システム。
【請求項１１】
前記電力貯蔵装置に貯蔵される電力は、再生可能エネルギーによって発電された電力である、請求項９または１０に記載の蓄電モジュール急速充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速充電器と蓄電手段とを備えた蓄電モジュールおよびこの蓄電モジュールを急速充電するための蓄電モジュール急速充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池の技術の進歩に伴い、電動工具など充電可能な各種の電気機器が多く用いられるに至っている。これらの電気機器については、通常は商用電源である交流電力を利用して充電しているが、商用電源が利用できない屋外などでも短時間で充電ができれば便利である。そこで、充電技術の一例として、蓄電装置に貯蔵された電力を負荷に向けて供給する技術が提案されている（例えば特許文献１参照。）。この特許文献１の蓄電装置は、二次電池とキャパシタを併用することにより、二次電池の劣化を防止しつつ、二次電池を急速充電することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来からリチウムイオン電池の充電については、充電時間が長く使い勝手が悪いという問題がある。例えば、スマートフォンやパーソナルコンピュータなどの通信用移動体の充電が数分間という短時間で行うことができれば、非常に便利であり業務の効率が図れる。しかし、充電時間を著しく短縮するには、従来の電力制御用半導体を用いた急速充電制御では電力変換部分が大型化し、スマートフォンやパーソナルコンピュータなどに急速充電のための機能を組込むことが難しいという問題がある。
【０００５】
今日では、地球環境の改善の観点から各種の産業機器類の電動化が急速に進められており、急速充電器を著しく小型化できれば業務の効率化が図れることから、これらに関する新規な蓄電モジュールの開発が求められる。
【０００６】
そこで本発明は、急速充電器を著しく小型化することが可能な蓄電モジュールおよびこの蓄電モジュールを急速充電するための蓄電モジュール急速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】
【０００７】
本発明の１つの実施形態の蓄電モジュールは、第１の蓄電手段と、電力変換用のパワー半導体を有し、外部から供給される電力に対して電力変換を行って上記第１の蓄電手段の急速充電を行う第１の急速充電制御手段と、を備え、上記パワー半導体は、サファイア基板と、上記サファイア基板上に形成された窒化ガリウムパワートランジスタとを備え、上記窒化ガリウムパワートランジスタの素子外面には、上記第１の急速充電制御手段における電力変換によって生ずる熱を放出させる放熱手段が接合されており、上記目的を達成できる。
【０００８】
この実施形態に係る発明によれば、サファイア基板と窒化ガリウムパワートランジスタとを備えたパワー半導体の採用により第１の急速充電制御手段を著しく小型化することが可能となる。
【０００９】
１つの実施形態では、上記パワー半導体は、分極超接合を採用したパワー半導体である。
【００１０】
１つの実施形態では、上記放熱手段は、上記窒化ガリウムパワートランジスタの素子外面におけるソース領域とドレーン領域の少なくともいずれかに接続され、上記サファイア基板に対して遠ざかる方向に延びている。
【００１１】
１つの実施形態では、上記第１の急速充電制御手段は、上記第１の蓄電手段との一体設計によって上記第１の蓄電手段の充電特性を考慮した急速充電のための電圧および電流の制御が可能であるように構成されている。
【００１２】
１つの実施形態では、上記第１の蓄電手段は、少なくともリチウムイオン電池と、電気二重層キャパシタと、リチウムイオンキャパシタのいずれかを含む。
【００１３】
１つの実施形態では、上記第１の急速充電制御手段は、上記第１の蓄電手段の充電履歴に基づき上記第１の蓄電手段の充電条件を最適に制御する人工知能を有している。
【００１４】
１つの実施形態では、上記第１の蓄電手段と上記第１の急速充電制御手段は、少なくとも車両を含む電動式移動体または携帯電話器を含む通信用移動体に組込まれるように構成されている。
【００１５】
１つの実施形態では、上記蓄電モジュールは、上記第１の蓄電手段から出力される直流電力の電圧を調整して出力する電力変換器をさらに備える。
【００１６】
本発明の１つの実施形態の蓄電モジュール急速充電システムは、上記蓄電モジュールと、上記蓄電モジュールと電気的に接続可能な第２の蓄電手段を有する電力貯蔵装置であって、上記蓄電モジュールが接続された状態では上記第２の蓄電手段から上記蓄電モジュールへの電力供給が可能なように構成されている電力貯蔵装置と、を備え、上記目的を達成できる。
【００１７】
１つの実施形態では、上記電力貯蔵装置の上記第２の蓄電手段は、上記第１の蓄電手段よりも蓄電容量が大であり、上記第２の蓄電手段から出力される直流電力によって複数の上記蓄電モジュールを同時に充電することが可能である。
【００１８】
１つの実施形態では、上記電力貯蔵装置に貯蔵される電力は、再生可能エネルギーによって発電された電力である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来のシリコンを用いた半導体に比べて高速スイッチングが可能となり、パワー半導体を動作させるための電気回路を構成する部品の小型化が実現でき、結果的に第１の急速充電制御手段を著しく小型化することが可能となる。さらに、窒化ガリウムパワートランジスタの素子外面には、熱を放出させる放熱手段が接合されているので、第１の急速充電制御手段における電力変換によって生ずる熱の放出が促進され、窒化ガリウムパワートランジスタの冷却のための構成も小型化することが可能となる。このように、蓄電モジュールは、第１の急速充電制御手段を著しく小型化することができるので、蓄電モジュールを種々の製品に組み込むことが容易となり、製品の取り扱いおよび業務の効率が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる蓄電モジュールの概要を示す配線図である。
【図２】図１の蓄電モジュールにおける強制冷却構造の詳細を示す配線図である。
【図３】図１の蓄電モジュールにおけるパワー半導体の拡大断面図である。
【図４】図４のパワー半導体の要部斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図３のパワー半導体の要部拡大断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係わる蓄電モジュールを組み込んだ電気自動車を急速充電するための蓄電モジュール急速充電システムの概要を示す配線図である。
【図８】図７における電力貯蔵装置の概要を示す配線図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係わる蓄電モジュールを組み込んだパーソナルコンピュータの概要を示す斜視図である。
【図１０】図９のパーソナルコンピュータを急速充電するための電力貯蔵装置の概要を示す配線図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係わる蓄電モジュールを組み込んだスマートフォンの概要を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係わる蓄電モジュールを組み込んだ電動工具の概要図である。
【図１３】本発明の実施の形態６に係わる蓄電モジュールを携帯用蓄電モジュールとして利用した場合を示す蓄電モジュール急速充電システムの概要図である。
【図１４】図１３の蓄電モジュールを空調服の電源として利用した場合を示す概要図である。
【図１５】本発明の実施の形態７に係わる蓄電モジュールを同時に複数台急速充電する状態を示す概要図である。
【図１６】窒化ガリウム素子を用いた従来のパワー半導体の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１ないし図６は、本発明の実施の形態１を示している。図１において、符号１０１は商用電源としての交流電源を示している。交流電源１０１としては、例えば単相交流電源が用いられている。交流電源１０１からの交流電力は、電力変換装置３５に供給されている。電力変換装置３５は、交流電力を直流電力に変換する機能を有しており、例えばＡＣ−ＤＣコンバータから構成されている。ＡＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング制御により入力された交流電力を直流電力に変換する機能を有している。ＡＣ−ＤＣコンバータは、交流電力から直流電力に変換する際の変換効率を高めるため、ＧａＮ（窒化ガリウム）半導体素子を利用して製作されている。ＧａＮ半導体素子は、耐熱性を有することから、ＡＣ−ＤＣコンバータの冷却のための構造を簡略化することが可能である。
【００２３】
図１に示すように、電力変換装置３５には、蓄電モジュール１の入力端子Ｔ１が接続可能となっている。蓄電モジュール１は、第１の蓄電手段１０と、第１の急速充電制御手段２０とを有している。蓄電モジュール１には、第１の蓄電手段１０と第１の急速充電制御手段２０の他に種々の機器が搭載されている。入力端子Ｔ１を介して蓄電モジュール１に供給された直流電力は、第１の急速充電制御手段２０により所定の電圧および電流に制御された後、第１の蓄電手段１０に供給されるようになっている。第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０との一体設計によって第１の蓄電手段１０の充電特性を考慮した急速充電のための電圧および電流の制御が可能となっていてもよく、そのような制御が可能となっていると、一体設計により第１の蓄電手段１０の充電特性が十分に考慮できるため、高精度の充電制御を行うことが可能となり、第１の蓄電手段１０を長寿命化させることができるうえ、さらなる安全性を確保することができる。第１の蓄電手段１０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１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１においては、第１の蓄電手段１０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（全固体電池を含む）のみから構成されるが、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。第１の蓄電手段１０に貯蔵された直流電力は、出力端子Ｔ２を介して負荷（図示略）に供給可能となっている。第１の蓄電手段１０には、第１の蓄電手段１０を構成する多数のセルの充電バランスを保つための第１の電池管理システム（ＢＭＳ）１１が接続されている。
【００２４】
制動によって生ずる回生エネルギーを回収することが可能な電気自動車などの電動式移動体に蓄電モジュール１を組み込む場合は、第１の蓄電手段１０をリチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタを併用した構成にすることにより、リチウムイオン電池を単独で使用した場合に比べ、出力端子Ｔ２側の電圧変動を小さくすることが可能となる。これは、車両の運転時における加速または減速に伴う第１の蓄電手段１０の充放電によって出入りする電流は、ほとんどリチウムイオンキャパシタから出入りすることになり、リチウムイオン電池からのエネルギーの入出量が減少するためである。したがって、第１の蓄電手段１０をリチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタを併用する構成とすることにより、リチウムイオン電池の負担を低減することができ、第１の蓄電手段１０を長寿命化させることが可能となる。
【００２５】
第１の蓄電手段１０には、ＤＣ−ＤＣコンバータから構成される電力変換器１５が接続されている。第１の蓄電手段１０から出力される直流電力は、電力変換器１５によって電圧が調整可能となっている。電力変換器１５には、電圧調整用スイッチ（図示略）が接続されており、用途に応じた電圧が出力端子Ｔ４から出力可能となっている。これにより、電気機器の種類や機能に合わせて供給電圧を最適値に調整することができ、電気機器の能力を最大限に発揮させることができる。第１の蓄電手段１０の温度は、第１の温度センサ１２によって検出可能となっている。第１の温度センサ１２からの出力信号Ｋ４は、充電情報処理部２５に入力されている。パワー制御部２１の温度は、第２の温度センサ２７によって検出可能となっている。第２の温度センサ２７からの出力信号Ｋ５は、充電情報処理部２５に入力されている。
【００２６】
第１の急速充電制御手段２０は、パワー制御部２１と充電情報処理部２５を有している。パワー制御部２１は、充電制御ユニット２２と温度制御ユニット２４から構成されている。充電制御ユニット２２は、電力変換装置３５からの直流電力を第１の蓄電手段１０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２２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２２は、充電情報処理部２５からの制御信号Ｋ７に基づき電力変換装置３５から供給される直流電力をチョッパ制御し、第１の蓄電手段１０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２２から第１の蓄電手段１０に出力される電圧および電流は出力センサ１３により測定されており、出力センサ１３からの信号Ｋ１は充電情報処理部２５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、第１の急速充電制御手段２０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２２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。充電情報処理部２５には、検出される第１の蓄電手段１０の電池電圧、充電電流に基づき第１の蓄電手段１０に対して最適な急速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。
【００２７】
第１の急速充電制御手段２０のパワー制御部２１は、電力変換用のパワー半導体２３を有している。パワー半導体２３は、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体素子が用いられており、高温での使用や電力変換における低損失が図られている。図３ないし図６は、パワー半導体２３の詳細を示しており、このうち図６が窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体素子を用いたパワー半導体２３の基本構造を示している。パワー半導体２３は、分極超接合（ＰＳＪ）を採用した窒化ガリウムパワートランジスタ２３１がサファイア基板２３ａ上に形成されている。ここで、超接合（ＳＪ）とは、Ｓｉ製パワーＭＯＳトランジスタで採用されている高耐圧・低オン抵抗化の手法をいい、分極超接合（ＰＳＪ）とは、ＧａＮ／ＡｌＧａＮによる分極効果を利用し、ＧａＮトランジスタ上に超接合を形成する手法をいう。この実施の形態１における分極超接合を採用した窒化ガリウムパワートランジスタ２３１は、例えば耐電圧が６０００Ｖと優れており、スイッチング周波数は約１０００ｋＨｚ（１ＭＨｚ）と従来のパワー半導体のスイッチング周波数に比べて著しく高くなっている。分極超接合を採用した窒化ガリウム半導体としては、例えば特許第５６６９１１９号に記載のものが挙げられる。
【００２８】
図６に示すように、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１は、サファイア基板２３ａ〜ドレーン（Ｄ）２３ｈによって構成されている。まず、最下位のサファイア基板２３ａ上には、ＧａＮ成膜２３ｂが形成されている。この成膜の形成および後述する成膜の形成は、例えば蒸着によって行われている。ＧａＮ成膜２３ｂ上には、ＡｌＧａＮ成膜２３ｃが形成されている。ＡｌＧａＮ成膜２３ｃの表面には、ソース（Ｓ）２３ｇおよびドレーン（Ｄ）２３ｈが成膜されている。ＡｌＧａＮ成膜２３ｃの外表面におけるソースＳとドレーンＤとの間には、ＧａＮ成膜２３ｄが形成されている。ＧａＮ成膜２３ｄの表面には、ｐ−ＧａＮ成膜２３ｅが形成されている。ｐ−ＧａＮ成膜２３ｅの表面には、ｐ−オーミックメタル（Ｎｉ／Ａｕ）が成膜されており、このｐ−オーミックメタル成膜２３ｆがゲートＧを構成している。このように、分極超接合を採用した窒化ガリウムパワートランジスタ２３１では、電気絶縁性のサファイア基板２３ａを用いることにより、基板による耐圧の制約がなくなり、ＧａＮ厚みが約１μｍと従来比の５分の１と極薄にすることが可能となる。これにより、ＧａＮ成膜時間は２時間程度となり、製造時間の短縮によって成膜コストを従来に比べて大幅に低減することができる。
【００２９】
図４に示すように、窒化ガリウム半導体素子を用いたパワー半導体２３は、複数のソースＳとドレーンＤとゲートＧを有している。各ソースＳとドレーンＤは、図中縦方向に所定の間隔をおいて交互に配置されている。各ゲートＧは、ソースＳとドレーンＤとの間にそれぞれ配置されている。一方のパターニング金属２３ｊは、図４の右側に示すように、複数のソースＳを電気的に並列に接続する機能を有している。他方のパターニング金属２３ｋは、図４の左側に示すように、複数のドレーンＤを電気的に並列に接続する機能を有している。各ゲートＧは、同様に他のパターニング金属２３ｍを介して電気的に並列に接続されている。これにより、窒化ガリウム半導体素子を用いたパワー半導体２３は、多数の窒化ガリウムパワートランジスタ２３１が並列に接続された構造となり、大電力の制御が可能となっている。
【００３０】
つぎに、窒化ガリウム半導体素子を用いたパワー半導体２３の放熱構造について説明する。この実施の形態１における分極超接合を採用した窒化ガリウムパワートランジスタ２３１は、バンドギャップが広くオン抵抗を小さくできるが、サファイア基板２３ａは放熱特性がＳｉ基板に対して約４分の１と低い。そこで、本発明では、パワー半導体２３は、放熱のために、放熱特性が低いサファイア基板２３ａではなく、電力変換によって生ずる熱を外部に放出させる放熱手段２３２を採用している。窒化ガリウムパワートランジスタ２３においては、電力変換に伴う熱は、主にＧａＮ成膜２３ｂとＡｌＧａＮ成膜２３ｃとの境界面で生じることから、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１におけるソースＳ領域とドレーンＤ領域の外面に放熱手段２３２を接合し、電力変換に伴って生じる熱を放熱手段２３２を介して外部に放出させている。
【００３１】
この実施の形態１においては、放熱手段２３２は、窒化ガリウムパワートランジスタの素子外面におけるソースＳ領域とドレーンＤ領域の少なくともいずれかに接続され、サファイア基板２３ａに対して遠ざかる方向に延びている。放熱手段２３２は、図３および図５に示すように、サブマウント基板２３ｎと金属板２３ｐとヒートシンク２３ｒとから構成されている。サブマウント基板２３ｎは、例えば絶縁性を有し放熱性が良好な材料であるシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）から構成されている。サブマウント基板２３ｎの厚Ｈ１は、例えば１００μｍ程度に設定されている。この実施の形態１においては、放熱手段２３２は、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１を構成するＡｌＧａＮ成膜２３ｃの外面Ｆ１におけるソースＳ領域とドレーンＤ領域の双方にハンダ２３ｉおよびパターニング金属２３ｊ、２３ｋ、２３ｋ’を介して接続されている。すなわち、ＡｌＧａＮ成膜２３ｃの外面Ｆ１のソースＳ領域は、ハンダ２３ｉおよびパターニング金属２３ｊを介してサブマウント基板２３ｎに接続されている。同様に、ＡｌＧａＮ成膜２３ｃの外面Ｆ１のドレーンＤ領域は、ハンダ２３ｉおよびパターニング金属２３ｋ、２３ｋ’を介してサブマウント基板２３ｎに接続されている。
【００３２】
サブマウント基板２３ｎにおける窒化ガリウムパワートランジスタ２３１が位置する反対側の表面Ｆ２の全面には、熱伝導性の高い金属板２３ｐが接合されている。これにより、金属板２３ｐには、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１が電力変換の際に生じる熱の大部分が伝熱されるようになっている。金属板２３ｐにおける表面Ｆ２と反対側の面には、ヒートシンク２３ｒが接合されている。ヒートシンク２３ｒは、放熱を目的として用いられるものであり、伝熱特性の良いアルミニウム合金や銅合金などの金属材料から構成されている。ヒートシンク２３ｒは、金属板２３ｐを介してサブマウント基板２３ｎのほぼ全面と接合されている。ヒートシンク２３ｒの先端部側には、表面積を広げるためにフィンと呼ばれる多数の突起が形成されている。パワー半導体２３は、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１および放熱手段２３２を絶縁ケース（図示略）で覆ってパッケージ化したものであってもよく、関連する電気回路との接続によって大電力の制御が可能となっている。パワー半導体２３には、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１からの熱の放熱量を増大させるために、図２に示すファン３２により強制冷却のための空気Ｅが吹き付けられるようになっている。
【００３３】
蓄電モジュール１は、充電系統を冷却するための冷却ユニット３０を有している。冷却ユニット３０は、モーター３１と、ファン３２と、電子冷却素子３３を有している。ファン３２は、充電情報処理部２５からの制御信号Ｋ３を受けた温度制御ユニット２４によって、モーター３１によって回転駆動され、電子冷却素子３３の冷却面に向けて送風するようになっている。電子冷却素子３３は、ペルチェ効果を利用したものであり、外部からの電力供給によって動作するようになっている。パワー制御部２１は、急速充電時に第１の蓄電手段１０に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。また、第１の蓄電手段１０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ことになる。そのため、パワー制御部２１および第１の蓄電手段１０は、急速充電時には冷却ユニット３０からの送風により強制冷却される。この実施の形態１においては、電子冷却素子３３を用いた冷却構造としているが、ファン３２のみを動作させる冷却としても良いし、熱交換器を用いた水冷方式の冷却構造としても良い。
【００３４】
このように、第１の急速充電制御手段２０に、窒化ガリウム半導体素子を用いたパワー半導体２３を使用することにより、第１の急速充電制御手段２０の小型化、軽量化が可能となり、小さなスペースへの第１の急速充電制御手段２０の搭載が著しく容易となる。さらに、窒化ガリウム半導体素子を用いたパワー半導体２３は、従来のシリコン半導体素子を用いたパワー半導体に比べて電力変換効率が著しく高いことから、第１の急速充電制御手段２０からの発熱も少なく、上述した電子冷却素子３３を使用した簡易な冷却ユニット３０でも、第１の急速充電制御手段２０を十分に冷却することができる。
【００３５】
第１の急速充電制御手段２０は、図１および図２に示すように、第１の蓄電手段１０の充電履歴に基づき第１の蓄電手段１０の充電条件を最適に制御する人工知能２６を有している。人工知能２６は、充電情報処理部２５に接続されており、第１の急速充電制御手段２０による第１の蓄電手段１０の充電毎の充電結果（急速充電時における充電電圧、充電電流、充電時間などの充電データ）を記憶するようになっている。人工知能２６と充電情報処理部２５とは信号Ｋ６を介して相互間で情報のやりとりをする。充電情報処理部２５は、電源側装置との情報のやりとりをするための端子Ｔ３に接続されている。第１の急速充電制御手段２０は、人工知能２６を介して充電回数および充電結果を把握することで、第１の蓄電手段１０の寿命を推測することが可能となっている。また、人工知能２６は、第１の蓄電手段１０を構成するリチウムイオン電池における内部抵抗値の異常の有無を出力センサ１４からの信号Ｋ２に基づき判定する機能を有しており、異常を判定した際には、信号Ｋ６および信号Ｋ７を介して急速充電を強制的に中止する旨の指令を出力し、第１の蓄電手段１０を異常発熱などから保護するようにしている。人工知能２６からの情報は、無線などを介してデータセンタ（図示略）で受け取ることが可能となっており、データセンタでは人工知能２６からの情報に基づき、第１の蓄電手段１０の運用状況を常時把握することが可能となっている。
【００３６】
つぎに、実施の形態１における蓄電モジュール１の動作および作用について説明する。
【００３７】
交流電源１０１からの交流電力は、電力変換装置３５によって直流電力に変換され、蓄電モジュール１に供給される。蓄電モジュール１は、第１の蓄電手段１０と、第１の急速充電制御手段２０とを有しており、電力変換装置３５からの直流電力は、第１の急速充電制御手段２０を介して第１の蓄電手段１０に供給される。電力変換装置３５からの直流電力の一部は、第１の急速充電制御手段２０におけるパワー制御部２１の充電制御ユニット２２によって第１の蓄電手段１０に適合した充電電圧および充電電流に制御される。また、電力変換装置３５からの直流電力の一部は、第１の急速充電制御手段２０における温度制御ユニット２４を介して冷却ユニット３０に供給される。
【００３８】
パワー制御部２１は、第１の蓄電手段１０の急速充電時に供給される大電力を制御することから、パワー制御部２１におけるパワー半導体２３の温度が上昇する。また、第１の蓄電手段１０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、急速充電時には充電電流によって温度が上昇することになる。ここで、パワー制御部２１および第１の蓄電手段１０は、急速充電時には冷却ユニット３０からの送風により強制冷却され、急速充電に伴う温度上昇が抑制されるので、パワー制御部２１および第１の蓄電手段１０は許容範囲内の適正な温度により運用される。第１の蓄電手段１０は、少なくともリチウムイオン電池と、電気二重層キャパシタと、リチウムイオンキャパシタを用いているので、第１の蓄電手段１０における急速充電の受け入れ性能を向上させることができ、蓄電モジュール１の充電時間を短縮することが可能となる。
【００３９】
本発明では、パワー半導体２３の窒化ガリウムパワートランジスタ２３１においては、電力変換に伴う熱は、主にＧａＮ成膜２３ｂとＡｌＧａＮ成膜２３ｃとの境界面で生じることから、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１におけるソースＳ領域とドレーンＤ領域の外面に放熱手段２３２を接合し、電力変換に伴って生じる熱を放熱手段２３２を介して外部に放出させている。ここで、放熱手段２３２を構成している部品の一つであるヒートシンク２３ｒは、金属板２３ｐを介してサブマウント基板２３ｎのほぼ全面と接合されている。ヒートシンク２３ｒの先端部側には、表面積を広げるためにフィンと呼ばれる多数の突起が形成されており、ヒートシンク２３ｒを有するパワー半導体２３は、図２に示すファン３２により強制冷却のための空気Ｅが吹き付けられるようになっているので、ヒートシンク２３ｒを介して大量の熱交換が行われる。これにより、パワー半導体２３は、第１の蓄電手段１０の急速充電に伴う大電力の制御に対しても十分に冷却され、過度な温度上昇が防止される。
【００４０】
図１６は、窒化ガリウム半導体素子を用いた従来のパワー半導体の構造を示している。従来のパワー半導体においては、図１６に示すように、Ｓｉを基板としている。Ｓｉ基板２００ａ上には、ＡｌＮ成膜２００ｂが形成されている。ＡｌＮ成膜２００ｂの表面には、超格子バッファ層２００ｃが形成されている。超格子バッファ層２００ｃの表面には、ＧａＮ成膜２００ｄが形成されている。ＧａＮ成膜２００ｄの表面には、ＡｌＧａＮバリア層２００eが形成されている。ＡｌＧａＮバリア層２００ｅの表面には、ソース（Ｓ）２００ｆとドレーン（Ｄ）２００ｇとゲート（Ｇ）２００ｈがそれぞれ形成されている。図１６におけるＧａＮ厚みは６μｍであり、成膜時間は１０〜１２時間となる。これに対し、実施の形態１においては、図６に示す如く分極超接合（ＰＳＪ）を採用した窒化ガリウムパワートランジスタ２３１がサファイア基板２３ａ上に形成することにより、成膜時間を２時間程度に短縮することができ、製造コストを著しく低減することが可能となる。
【００４１】
第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０との一体設計によって第１の蓄電手段１０の充電特性を考慮した急速充電のための電圧および電流の制御が可能となっていてもよく、そのような場合には、第１の蓄電手段１０と充電制御機能とをさらにマッチングさせる設計が実現できる。これにより、第１の蓄電手段１０は期待通りの性能を発揮することが可能となり、蓄電モジュール１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出力端子Ｔ２を介して負荷に供給することは、高品質の電力が供給されることを前提として負荷側の電気回路を設計することができ、リップル、ノイズ、サージをほとんど考慮する必要がなく、負荷側の電気回路の設計が容易となる。また、第１の急速充電制御手段２０の人工知能２６は、第１の蓄電手段１０を構成するリチウムイオン電池における内部抵抗値の異常の有無を出力センサ１４からの信号Ｋ２に基づき判定する機能を有しており、異常を判定した際には、急速充電を強制的に中止する旨の指令を出力し、第１の蓄電手段１０を異常発熱などから保護するので、急速充電に対する蓄電モジュール１の安全性および信頼性を高めることが可能となる。
【００４２】
このように、パワー半導体２３は、分極超接合を採用した窒化ガリウムパワートランジスタ２３１がサファイア基板２３ａ上に形成されているので、従来のシリコンを用いた半導体に比べて高速スイッチングが可能となり、第１の急速充電制御手段２０におけるパワー半導体２３を動作させるための電気回路を構成する部品を小型化することが可能となる。さらに、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１の素子外面には、熱を外部に放出させるための放熱手段２３２が接合されているので、電力変換によって生ずる熱の放出が促進され、窒化ガリウムパワートランジスタ２３１の冷却のための構造も小型化することが可能となる。また、放熱手段２３２は、サファイア基板２３ａに対して遠ざかる方向に延びているので、サファイア基板２３ａから離れる方向に熱を逃がすことができ、放熱性能を高めることができる。このように、蓄電モジュール１は、急速充電に対する蓄電性能の劣化抑制および安全性が確保できるとともに、第１の急速充電制御手段２０を著しく小型化することができるので、蓄電モジュール１を種々の製品に組み込むことが容易となり、製品の取り扱いおよび業務の効率が図れる。さらに、第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０の充電履歴に基づき第１の蓄電手段１０の充電条件を最適に制御する人工知能２６を有しているので、第１の蓄電手段１０の経年劣化に応じた充電制御が可能となり、安全性を確保しつつ、第１の蓄電手段１０の寿命を高めることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図７および図８は、本発明の実施の形態２を示しており、蓄電モジュールを電動式移動体としての車両に組込んだ例を示している。図７における蓄電モジュール１Ａは、図１および図２の蓄電モジュールを車載式の蓄電モジュールとしたものであり、構成および機能は図１および図２の蓄電モジュール１に準ずるので、準ずる部分に実施の形態１と同じ符号を付すことにより、同じ部分の説明を省略する。後述する他の実施の形態の説明も同様とする。電動式移動体は、少なくとも電動機（モーター）によって移動可能な車両、船舶、航空機を含むものであり、自走可能な産業機械やロボットなども含まれる。
【００４４】
図７は、車両５０に組込まれた蓄電モジュール１Ａを急速充電するための蓄電モジュール急速充電システム２Ａを示している。蓄電モジュール急速充電システム２Ａは、車両５０側に組込まれる蓄電モジュール１Ａと、充電ステーション側に設置される電力貯蔵装置４０Ａを備えている。蓄電モジュール１Ａは、車両５０の重心を低くするため、車両５０の床側に配置されている。蓄電モジュール１Ａにおける第１の蓄電手段１０の出力端子Ｔ２側には、コントローラとしてのインバータ５１が接続されている。インバータ５１は、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５１の出力側には、走行モーター５２が接続されている。第１の蓄電手段１０に貯蔵された直流電力は、インバータ５１を介して走行モーター５２に供給可能となっており、車両５０は走行モーター５２を駆動源として走行可能となっている。
【００４５】
車両５０には、自動運転制御装置５３が搭載されている。自動運転制御装置５３は、第１の蓄電手段１０からの電力供給によって動作可能となっている。自動運転制御装置５３には、自動運転を行うためのセンサ類５４が接続されている。センサ類５４は、走行時における車両５０の周囲を認識する機能を有しており、車両５０は無人での運転も可能となっている。すなわち、自動運転制御装置５３は、センサ類５４からの情報およびデータセンタから送信される３次元デジタル地図情報などに基づき車両５０を自動操舵し、定められたルートに沿って自動走行することが可能となっている。
【００４６】
電力貯蔵装置４０Ａは、図７に示すように、蓄電モジュール１Ａと電気的に接続可能であり、外部から供給される電力を貯蔵可能な第２の蓄電手段４２を有している。電力貯蔵装置４０Ａは、蓄電モジュール１Ａが接続された状態では、第２の蓄電手段４２から蓄電モジュール１Ａへの電力供給が可能となっている。電力貯蔵装置４０Ａは、図７に示すように、整流器４１と第２の蓄電手段４２と給電制御手段４６を有している。整流器４１の入力端子Ｔ５には、交流電源１０１が接続されている。整流器４１は、交流電力を直流電力に変換するとともに、第２の蓄電手段４２を適正な条件で充電する機能を有している。第２の蓄電手段４２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２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２の蓄電手段４２は、例えば多数のセル４２ａを直列に接続し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リチウムイオンキャパシタを併用した構成としてもよい。第２の蓄電手段４２の出力側には、外部の負荷側と接続するための出力端子Ｔ６が接続されている。第２の蓄電手段４２には、第２の蓄電手段４２を構成する多数のセル４２ａの充電バランスを保つための第２の電池管理システム（ＢＭＳ）４３が接続されている。
【００４７】
電力貯蔵装置４０Ａの第２の蓄電手段４２は、第１の蓄電手段１０よりも蓄電容量が大であり、第２の蓄電手段４２から出力される直流電力によって複数の蓄電モジュール１Ａを同時に充電することが可能となっている。すなわち、この実施の形態２においては、電力貯蔵装置４０Ａは、大電力を貯蔵する第２の蓄電手段４２を有しているので、複数台の車両５０を同時に充電することが可能となっている。電力貯蔵装置４０Ａの第２の蓄電手段４２には、インバータ４７が接続されている。インバータ４７は、端子Ｔ７を介してスマートメータ（図示略）などに接続されており、電力会社などからの指令に基づき第２の蓄電手段に貯蔵された直流電力の一部を交流電力に変換し、商用電力側に供給する機能を有している。電力貯蔵装置４０Ａを構成する各機器は、例えば海上コンテナと同じ大きさの収納室４９内に収納されている。収納室４９内は、空調機４８によって年間を通して温度と湿度が一定範囲内に調整されている。
【００４８】
第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０との一体設計によって第１の蓄電手段１０の充電特性を考慮した急速充電のための電圧および電流の制御が可能となっていてもよく、そのような制御が可能となっていると、一体設計により第１の蓄電手段１０の充電特性が十分に考慮できるため、高精度の充電制御を行うことが可能となり、第１の蓄電手段１０を長寿命化させることができるうえ、さらなる安全性を確保することができる。これにより、従来の電気自動車については、充電ステーション側に設置される急速充電器と車両に搭載される二次電池とは、一般的に異なる製造者によって製造されるため、急速充電器の設計側においては、車両に搭載される二次電池の特性を十分に把握することが困難であり、そのため、従来の電気自動車の急速充電システムについては、車両に搭載される二次電池の充電特性を十分に考慮した高精度の充電制御を行うことが難しく、二次電池の寿命や安全性の確保の面で問題があったが、そのような問題も解決することができる。
【００４９】
つぎに、実施の形態２における車両の急速充電の手順および作用について説明する。
【００５０】
車両５０が充電ステーションに到着すると、車両５０は電力貯蔵装置４０Ａの近傍に停車する。充電を開始する前には、車両５０の運転スイッチがオフとされ、パーキングブレーキの動作により車両５０は停車位置に固定される。その後、電力貯蔵装置４０Ａの第２の蓄電手段４２に接続された充電ケーブル４５の先端部の充電プラグＰ１が車両５０の充電コネクタＰ２に装着される。充電が開始される直前には、充電プラグＰ１が充電コネクタＰ２に装着されることにより接続された端子Ｔ３と端子Ｔ８を介して車両５０側から電力貯蔵装置４０Ａの給電制御手段４６に制御信号Ｋ８が出力され、給電制御手段４６によって整流器４１から第２の蓄電手段４２への電力供給が停止される。これにより、第２の蓄電手段４２は商用電源１０１から切り離された状態となり、第２の蓄電手段４２からは車両５０を急速充電するための大電力を供給することが可能となる。
【００５１】
このように、外部の電力貯蔵装置４０Ａの第２の蓄電手段４２から直送される直流電力を利用して第１の蓄電手段１０の急速充電が可能となるので、電力会社の配電系統に過負荷となることが回避できるとともに、第１の蓄電手段１０を急速充電するための電力を大幅に増加させることができる。これにより、蓄電モジュール１Ａを短時間でフル充電することが可能となり、充電業務の能率を高めることができる。また、蓄電モジュール１Ａの充電時間が短縮されることから、車両５０の充電待ちを回避することができ、充電ステーションの利用回転率を高めることが可能となる。
【００５２】
（実施の形態３）
図９および図１０は、本発明の実施の形態３を示しており、図１および図２に示す蓄電モジュール１を通信用移動体としてのパーソナルコンピュータ６０に組込んだ例を示している。図９における蓄電モジュール１Ｂは、図１および図２の蓄電モジュール１と同じ機能を備えたパーソナルコンピュータ６０専用の蓄電モジュールであり、構成および機能は図１および図２の蓄電モジュール１に準ずる。
【００５３】
図９は、パーソナルコンピュータ６０に組込まれた蓄電モジュール１Ｂを急速充電するための蓄電モジュール急速充電システム２Ｂを示している。パーソナルコンピュータ６０は、本体部６１と表示部６２を有しており、表示部６２は本体部６１側に折り畳み可能となっている。本体部６１には、情報を入力するためのキーボード６３が設けられている。本体部６１の側面に形成された接続口６４には、蓄電モジュール１Ｂの入力端子Ｔ１が設けられている。蓄電モジュール急速充電システム２Ｂは、パーソナルコンピュータ６０の本体部６１側に組込まれる蓄電モジュール１Ｂと、パーソナルコンピュータ６０と接続可能な携帯用の電力貯蔵装置４０Ｂを備えている。電力貯蔵装置４０Ｂは、パーソナルコンピュータ６０と同様に携帯可能なように小型軽量化が図られており、図７や図８に示す電力貯蔵装置４０Ａの機能に準じている。電力貯蔵装置４０Ｂが電力貯蔵装置４０Ａと異なるところは、入力する電源の種類であり、電力貯蔵装置４０Ａは入力電源が交流電源のみであるのに対し、電力貯蔵装置４０Ｂでは直流電源からの入力が可能なように、ＤＣ―ＤＣコンバータからなる電力変換器４４が追加されている。電力貯蔵装置４０Ｂにおける入力電源の種類の切替は、切替スイッチ４５により可能となっている。
【００５４】
このように構成された実施の形態３においては、外部の電力貯蔵装置４０Ｂの第２の蓄電手段４２から直送される直流電力を利用して第１の蓄電手段１０の急速充電が可能となるので、自宅や事務所における屋内配線が過負荷となることが回避できるとともに、第１の蓄電手段１０を急速充電するための電力を大幅に増加させることができる。これにより、蓄電モジュール１Ｂを短時間でフル充電することが可能となり、充電業務の能率を高めることができる。なお、パーソナルコンピュータ６０の急速充電のための消費電力が小さく、電力貯蔵装置４０Ｂを使用しなくとも自宅や事務所における屋内配線が過負荷となることが確実に回避できる場合は、電力貯蔵装置４０Ｂに替えて、交流電力を直流電力に変換する図１の電力変換装置３５を用いることも可能である。
【００５５】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４を示しており、図１および図２の蓄電モジュール１を通信用移動体としての携帯電話器の一種であるスマートフォン７０に組込んだ例を示している。図１１における蓄電モジュール１Ｃは、図１および図２の蓄電モジュール１と同じ機能を備えたスマートフォン７０専用の蓄電モジュールであり、構成および機能は図１および図２の蓄電モジュール１に準ずる。図１１は、スマートフォン７０に組込まれた蓄電モジュール１Ｃを急速充電するための蓄電モジュール急速充電システム２Ｃを示している。スマートフォン７０は、本体部７１と操作部７２を有している。操作部７１は、情報を入力するための入力機能と情報を表示するための表示機能を兼ね備えている。本体部７１の側面に形成された接続口７４には、蓄電モジュール１Ｃの入力端子Ｔ１が設けられている。蓄電モジュール急速充電システム２Ｃは、蓄電モジュール１Ｃと、電力貯蔵装置４０Ｂを備えている。電力貯蔵装置４０Ｂは、パーソナルコンピュータ６０およびスマートフォン７０のいずれにも使用可能であり、共用化が図られている。
【００５６】
このように構成された実施の形態４においては、外部の電力貯蔵装置４０Ｂの第２の蓄電手段４２から直送される直流電力を利用して第１の蓄電手段１０の急速充電が可能となるので、第１の蓄電手段１０を急速充電するための電力を大幅に増加させることができる。これにより、蓄電モジュール１Ｃを短時間でフル充電することが可能となり、充電業務の能率を高めることができる。なお、スマートフォン７０の急速充電のための消費電力が小さく、電力貯蔵装置４０Ｂを使用しなくとも自宅や事務所における屋内配線が過負荷となることが確実に回避できる場合は、交流電力を直流電力に変換する図１の電力変換装置３５を用いることも可能である。
【００５７】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５を示しており、図１および図２の蓄電モジュール１を電動工具８０に組込んだ例を示している。図１２における蓄電モジュール１Ｄは、図１および図２の蓄電モジュール１と同じ機能を備えた電動工具８０専用の蓄電モジュールであり、構成および機能は図１および図２の蓄電モジュール１に準ずる。図１２は、電動工具８０に組込まれた蓄電モジュール１Ｄを急速充電するための蓄電モジュール急速充電システム２Ｄを示している。蓄電モジュール急速充電システム２Ｄは、蓄電モジュール１Ｄと、電力貯蔵装置４０Ｂを備えている。蓄電モジュール１Ｄは、電動工具８０の本体部８１に対して着脱可能となっている。電動工具８０の本体部８１には、モーター８２が収納されており、スイッチ８４の操作によるモーター８２の回転駆動により、ドリル８３が軸心周りに回転するようになっている。
【００５８】
このように構成された実施の形態５においては、蓄電モジュール１Ｄの充電時には、蓄電モジュール１Ｄが本体部８１から取り外される。その後、蓄電モジュール１Ｄは携帯可能な電力貯蔵装置４０Ｂに電気的に接続され、電力貯蔵装置４０Ｂの第２の蓄電手段４２から直送される直流電力を利用して蓄電モジュール１Ｄの第１の蓄電手段１０の急速充電が行われる。蓄電モジュール１Ｄの急速充電が完了すると、蓄電モジュール１Ｄは再び電動工具８０の本体部８１に装着され、蓄電モジュール１Ｄの端子Ｔ２と電動工具８０の端子８５とが接続されて、蓄電モジュール１Ｄの第１の蓄電手段１０の電力が蓄電モジュール１Ｄの端子Ｔ２と電動工具８０の端子８５とを介してモーター８２に供給され、電動工具８０の使用が可能となる。このように、電力貯蔵装置４０Ｂを用いることにより、従来の電動工具の充電に比べて電動工具８０の蓄電モジュール１Ｄを急速充電するための電力を大幅に増加させることができ、蓄電モジュール１Ｄを短時間でフル充電することが可能となる。これにより、電動工具８０の充電業務の能率を高めることができ、電動工具８０を用いた作業時間を短縮することが可能となる。
【００５９】
（実施の形態６）
図１３および図１４は、本発明の実施の形態６を示しており、図１および図２の蓄電モジュール１を携帯用蓄電モジュール１Ｅとして利用した例を示している。図１３に示す携帯用蓄電モジュール１Ｅの蓄電モジュール急速充電システム２Ｅは、携帯用蓄電モジュール１Ｅと電力貯蔵装置４０Ｂとを備えている。携帯用蓄電モジュール１Ｅと電力貯蔵装置４０Ｂは分離可能であり、例えば電力貯蔵装置４０Ｂは室内の特定の場所に常時配置され、携帯用蓄電モジュール１Ｅのみが屋外への持ち運びが可能となっている。携帯用蓄電モジュール１Ｅは、例えば各種電気機器９０に電力を供給する機能を有している。電力貯蔵装置４０Ｂによる携帯用蓄電モジュール１Ｅの急速充電時には、携帯用蓄電モジュール１Ｅの入力端子Ｔ１は、電力貯蔵装置４０Ｂの出力端子Ｔ６に対して電気的に接続される。また、携帯用蓄電モジュール１Ｅの急速充電時には、携帯用蓄電モジュール１Ｅの信号端子Ｔ３は、電力貯蔵装置４０Ｂの信号端子Ｔ８に対して電気的に接続され、端子間を通る信号を介して急速充電の制御のための情報がやりとりされる。この信号端子Ｔ３と信号端子Ｔ８の接続は、例えば入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ６の接続操作に連動して行われる。
【００６０】
電力貯蔵装置４０Ｂから分離された携帯用蓄電モジュール１Ｅは、屋外などへの持ち運びが可能であり、各種の電気機器９０と電気的に接続可能となっている。電力貯蔵装置４０Ｂから分離された携帯用蓄電モジュール１Ｅによる各種の電気機器９０への電力供給に際しては、図１３に示すように、電気機器９０の入力端子Ｔ９は、携帯用蓄電モジュール１Ｅの出力端子Ｔ２に対して電気的に接続される。これにより、携帯用蓄電モジュール１Ｅから電気機器９０に電力を供給することが可能となる。携帯用蓄電モジュール１Ｅによる電気機器９０への電力の供給が終了すると、携帯用蓄電モジュール１Ｅと電気機器９０は分離され、携帯用蓄電モジュール１Ｅは単独での持ち運びが可能となる。
【００６１】
電気機器９０の具体例としては、例えば空調服９０Ａなどがある。図１４は、電気機器としての空調服９０Ａを示している。空調服９０Ａは、化学繊維を編み込んだ軽量な生地９１から構成されており、前部側がチャック（図示略）によって開閉可能となっている。空調服９０Ａの下方両側部には、冷却ファン９３がそれぞれ設けられている。冷却ファン９３は、モーター９２に印加される電圧の変化によって回転数が変化し、冷却のための空気の送風量が調整可能となっている。冷却ファン９３をそれぞれ回転させるモーター９２は、電気的に並列に接続されている。空調服９０Ａの生地９１の表面側には、各モーター９２に電力を供給するための入力端子９４が設けられている。空調服９０Ａの入力端子９４は、携帯用蓄電モジュール１Ｅの出力端子Ｔ４と接続可能となっている。携帯用蓄電モジュール１Ｅによる空調服９０Ａへの電力供給の際は、図１３に示す携帯用蓄電モジュール１Ｅに設けられた出力切替スイッチ（図示略）が電力変換器１５側に切替えられる。この状態では各冷却ファン９３を回転駆動させるためのモーター９２に供給される直流電力の電圧は、電力変換器１５の制御によって段階的に調整可能となっている。この実施の形態６においては、モーター９２に印加される電圧は例えば３種類に設定されており、電圧が高くなるほど冷却のための空気の送風量が増加するようになっている。ここでは、モーター９２および冷却ファン９３がそれぞれ２つある場合について説明したが、実施の形態６はこれらの個数に限定されず、実施の形態６は、モーター９２および冷却ファン９３が１つの場合にも、３つ以上の場合にも、モーター９２と冷却ファン９３の個数が異なる場合にも適用可能である。
【００６２】
（実施の形態７）
図１５は、本発明の実施の形態７を示している。図１５に示す蓄電モジュール急速充電システム２Ｆは、１つの電力貯蔵装置４０Ｂと複数の携帯用蓄電モジュール１Ｅを備えており、家庭や事務所の室内に配置されている。図１５に示すように、電力貯蔵装置４０Ｂの入力端子Ｔ５には、再生可能エネルギーによって発電された電力が入力されるようになっている。図１５に示す例は、再生可能エネルギーとして太陽光を用いたものであり、太陽光によって発電することが可能な太陽電池パネル１１１が電力貯蔵装置４０Ｂの入力端子Ｔ５に接続されているが、再生可能エネルギーとしては太陽光以外のものを用いてもよい。電力貯蔵装置４０Ｂの出力側には、複数の出力端子Ｔ６が設けられており、複数の出力端子Ｔ６はそれぞれ並列に接続されている。この実施の形態７においては、出力端子Ｔ６は５つ設けられている。５つの出力端子Ｔ６には、携帯用蓄電モジュール１Ｅがそれぞれ接続可能となっている。図１５に示すように、蓄電モジュール急速充電システム２Ｆでは、１つの電力貯蔵装置４０Ｂで５つの携帯用蓄電モジュール１Ｅを同時に急速充電することが可能となっている。電力貯蔵装置４０Ｂの第２の蓄電手段４２は、５つの携帯用蓄電モジュール１Ｅを同時に急速充電することを考慮して、携帯用蓄電モジュール１Ｅの第１の蓄電手段１０よりも蓄電容量が著しく大に設定されている。
【００６３】
このように構成された実施の形態７においては、複数の携帯用蓄電モジュール１Ｅを同時に急速充電する際には、各携帯用蓄電モジュール１Ｅの入力端子Ｔ１が電力貯蔵装置４０Ｂの複数の出力端子Ｔ６にそれぞれ接続される。この状態では、各携帯用蓄電モジュール１Ｅの出力端子Ｔ２には、電気機器９０は接続されていない。そして、電力貯蔵装置４０Ｂの出力端子Ｔ６を介して各携帯用蓄電モジュール１Ｅに純粋直流電力が出力されることにより、５つの携帯用蓄電モジュール１Ｅは、純粋直流電力の供給によって同時に急速充電される。このように、電力貯蔵装置４０Ｂの第２の蓄電手段４２は、携帯用蓄電モジュール１Ｅの第１の蓄電手段１０よりも蓄電容量が著しく大に設定されているので、第２の蓄電手段４２から出力される直流電力によって複数の携帯用蓄電モジュール１Ｅを同時に充電することが可能となり、充電業務の能率を高めることができる。
【００６４】
複数の携帯用蓄電モジュール１Ｅの同時急速充電が終了すると、各携帯用蓄電モジュール１Ｅは、電力貯蔵装置４０Ｂから分離され、屋外への持ち運びが可能となる。屋外に運び出された各携帯用蓄電モジュール１Ｅは、各種の電気機器９０へ電力供給する際に使用される。ここで、各携帯用蓄電モジュール１Ｅには、図１３に示すように、電力貯蔵装置４０Ｂから直送される直流電力を第１の蓄電手段１０の急速充電に適した電力に変換する第１の急速充電制御手段２０が設けられているので、各携帯用蓄電モジュール１Ｅは最適な充電条件をもって急速充電されることになり、急速充電に対する安全性を確保することができ、かつ第１の蓄電手段１０の寿命を高めることができる。また、携帯用蓄電モジュール１Ｅは、新品のものと経年使用のものでは第１の蓄電手段１０の劣化度が異なるが、携帯用蓄電モジュール１Ｅにはそれぞれ第１の急速充電制御手段２１が設けられているので、各携帯用蓄電モジュール１Ｅ毎に第１の蓄電手段１０の劣化度に見合った最適の充電制御が行われることになり、急速充電の安全性が確保される。この実施の形態７においては、電力貯蔵装置４０Ｂに貯蔵される電力は、再生可能エネルギーである太陽光によって発電された電力であるので、発電に際して二酸化炭素の排出を防止することができ、地球温暖化の抑制に寄与することができる。さらに、外部の電力貯蔵装置の第２の蓄電手段から直送される直流電力を利用して第１の蓄電手段の急速充電が可能となるので、家庭や事務所における屋内配線が過負荷となることが回避できるとともに、第１の蓄電手段を急速充電するための電力を大幅に増加させることができる。これにより、蓄電モジュールを短時間でフル充電することが可能となり、充電業務の能率を高めることができる。
【００６５】
以上、この発明の実施の形態１ないし７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。例えば実施の形態１ないし７では、窒化ガリウムパワー半導体として分極超接合を採用したものを説明したが、本発明のパワー半導体は、サファイア基板上に窒化ガリウムパワートランジスタを形成し、窒化ガリウムパワートランジスタの素子外面に、電力変換によって生ずる熱を放出させる放熱手段を備えたものであればよく、分極超接合を採用しないものであってもよい。さらに例えば実施の形態１ないし７では蓄電モジュールが冷却ユニットを備える構成のものを説明したが、本発明の蓄電モジュールは、冷却ユニットを備えないものであってもよい。例えば蓄電モジュールの外部に冷却ユニットを設けてもよく、蓄電モジュールで生じる熱が少ない場合には冷却ユニットを設けなくてもよい。さらに例えば、実施の形態１ないし７では、人工知能を備えたものを説明したが、本発明は、人工知能を備えていないものにも適用可能である。さらに例えば実施の形態１ないし７では、蓄電モジュールの出力がＴ２を介した出力とＴ４を介した出力という２種類の出力となっているが、本発明は、この構成には限定されず、一方のみの出力の構成であってもよい。さらに例えば電力の供給源として、実施の形態１ないし６では交流電源１０１を用い、実施の形態７では再生可能エネルギーを用いているが、本発明は、特定の電力の供給源には限定されず、実施の形態１ないし６で再生可能エネルギーを用い、実施の形態７で交流電源１０１を用いてもよい。さらに例えば電気機器９０としては、上述の他にトランシーバなどの携帯通信機器、ドローン（無人航空機）、ロボット、農業機器なども含まれる。携帯用蓄電モジュール１Ｅは、例えば片手で持ち運べるサイズとしてもよいし、移動用車輪を備えたトランクサイズの大きさとしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１          蓄電モジュール
１Ａ        蓄電モジュール（電気自動車用蓄電モジュール）
１Ｂ        蓄電モジュール（パーソナルコンピュータ用蓄電モジュール）
１Ｃ        蓄電モジュール（スマートフォン用蓄電モジュール）
１Ｄ        蓄電モジュール（電動工具用蓄電モジュール）
１Ｅ        蓄電モジュール（携帯用蓄電モジュール）
２Ａ        蓄電モジュール急速充電システム（電気自動車急速充電システム）
２Ｂ        蓄電モジュール急速充電システム（パソコン急速充電システム）
２Ｃ        蓄電モジュール急速充電システム（スマートフォン急速充電システム）
２Ｄ        蓄電モジュール急速充電システム（電動工具急速充電システム）
２Ｅ        蓄電モジュール急速充電システム（携帯用蓄電装置急速充電システム）
２Ｆ        蓄電モジュール急速充電システム
１０        第１の蓄電手段
２０        第１の急速充電制御手段
２３        パワー半導体
２３１      窒化ガリウムパワートランジスタ
２３ａ      サファイア基板
２３２      放熱手段
２６        人工知能
３０        冷却ユニット
４０Ａ      電力貯蔵装置（電気自動車の急速充電用電力貯蔵装置）
４０Ｂ      電力貯蔵装置（電気機器の急速充電用電力貯蔵装置）
４２        第２の蓄電手段
５０        車両（電動式移動体）
６０        パーソナルコンピュータ（通信用移動体）
７０        スマートフォン（通信用移動体）
８０        電動工具
９０        電気機器
９０Ａ      空調服
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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