(57)【要約】      （修正有）【課題】超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蓄電モジュールおよび蓄電モジュール搭載電気機器の超急速充電ステーションを提供する【解決手段】蓄電モジュール１において、超急速充電が受け入れ可能な第１の蓄電手段１０と、外部から供給される電力を制御し、第１の蓄電手段１０を最適な電圧および電流にて超急速充電が可能な第１の急速充電制御手段２０とを備える。第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０の劣化を抑制しつつ、第１の蓄電手段１０の急速充電時間を極力短縮するための最速充電条件を算出し、最速充電条件に基づき第１の蓄電手段１０の超急速充電を行う機能を有する。【選択図】図１
2020188644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超急速充電が可能な蓄電モジュールであって、
超急速充電が受け入れ可能な第１の蓄電手段と、
外部から供給される電力を制御し、前記第１の蓄電手段を最適な電圧および電流にて超急速充電が可能な第１の急速充電制御手段と、
を備え、
前記第１の急速充電制御手段は、前記第１の蓄電手段の劣化を抑制しつつ、前記第１の蓄電手段の急速充電時間を短縮するための最速充電条件を算出し、前記最速充電条件に基づき前記第１の蓄電手段の超急速充電を行う機能を有することを特徴とする蓄電モジュール。
【請求項２】
前記第１の急速充電制御手段には、人工知能の情報処理に適した専用の半導体回路を構成し前記最速充電条件を算出する半導体チップが組込まれていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電モジュール。
【請求項３】
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、全固体電池と、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ことを特徴とする請求項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、ワイヤレス給電手段を介して供給される外部からの電力を制御し、第１の蓄電手段の超急速充電を行うように構成されていることを特徴とする請求項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の蓄電手段と前記第１の急速充電制御手段は、電動式移動体及び通信用移動体並びに前記通信用移動体に超急速充電のための電力を供給する携帯用蓄電モジュールを含む電気機器に組込まれるように構成されていることを特徴とする請求項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】
少なくとも請求項１に記載の蓄電モジュールが組込まれた電気機器を超急速充電することが可能な超急速充電ステーションであって、
前記電気機器に供給するための直流電力を貯蔵する第２の蓄電手段と、
電源から供給される電力を前記第２の蓄電手段を急速充電するための第２の急速充電制御手段と、
前記電気機器の超急速充電時には、前記第２の急速充電制御手段から前記第２の蓄電手段への給電を中止する給電制御手段と、
を備えたことを特徴とする超急速充電ステーション。
【請求項７】
前記給電制御手段は、前記第２の急速充電制御手段から出力される電力の電圧が前記第２の蓄電手段の出力電圧よりも降下させることで前記第２の急速充電制御手段から前記第２の蓄電手段への給電中止が可能なように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の超急速充電ステーション。
【請求項８】
前記第２の蓄電手段は、９００ＫＷ以上の電力供給が可能であることを特徴とする請求項６に記載の超急速充電ステーション。
【請求項９】
前記電気機器が走行可能な走行経路に沿って敷設され前記電気機器と電気的に結合可能な走行用給電手段を備え、前記走行用給電手段からの給電によって前記電気機器が走行中に超急速充電が可能なように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の超急速充電ステーション。
【請求項１０】
映像または文字を表示する電子看板を有する広告手段が超急速充電ステーションを兼ねていることを特徴とする請求項６項に記載の超急速充電ステーション。
【請求項１１】
前記広告手段には出力ポートが複数設けられており、前記各出力ポートの出力電圧及び出力電力並びに出力ポート形状は、超急速充電の対象となる前記電気機器の種類に基づき適宜設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の超急速充電ステーション。
【請求項１２】
前記複数の出力ポートのうちの一部の出力ポートには、前記電気機器を非接触で充電することが可能なワイヤレス給電手段が接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の超急速充電ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式移動体や通信用移動体を含む電気機器に搭載される蓄電モジュールおよび蓄電モジュール搭載電気機器の急速充電ステーションに関し、とくに蓄電モジュールを極めて短時間でフル充電することが可能な技術に関する。
【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。）。
【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などの蓄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を含む電気機器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、大きな電力を極めて短い時間に電気機器に供給する必要があり、電気機器の蓄電池の劣化進行が早まり蓄電池の寿命が著しく短くなるという問題がある。
【０００５】
また、電気自動車は、地球温暖化抑制および大気汚染防止の観点から全世界で普及が進んでいるが、車両に搭載される二次電池について、以下の問題が存在する。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る。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る。
【０００６】
今日では、地球環境の改善の観点から各種の電気機器の電動化が急速に進められており、超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新規な技術開発が求められる。
【０００７】
そこで本発明は、超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蓄電モジュールおよび蓄電モジュール搭載電気機器の超急速充電ステーション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】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、超急速充電が可能な蓄電モジュールであって、超急速充電が受け入れ可能な第１の蓄電手段と、外部から供給される電力を制御し、前記第１の蓄電手段を最適な電圧および電流にて超急速充電が可能な第１の急速充電制御手段と、を備え、前記第１の急速充電制御手段は、前記第１の蓄電手段の劣化を抑制しつつ、前記第１の蓄電手段の急速充電時間を短縮するための最速充電条件を算出し、前記最速充電条件に基づき前記第１の蓄電手段の超急速充電を行う機能を有することを特徴とする蓄電モジュールである。
【０００９】
この発明によれば、第１の急速充電制御手段は第１の蓄電手段と一体設計され、第１の急速充電制御手段は最速充電条件に基づき第１の蓄電手段の充電特性を十分に考慮した急速充電制御が可能となり、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。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、前記第１の急速充電制御手段には、人工知能の情報処理に適した専用の半導体回路を構成し前記最速充電条件を算出する半導体チップが組込まれていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の蓄電モジュールにおいて、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、全固体電池と、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んでいることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、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において、前記第１の急速充電制御手段は、ワイヤレス給電手段を介して供給される外部からの電力を制御し、第１の蓄電手段の超急速充電を行うように構成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、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において、前記第１の蓄電手段と前記第１の急速充電制御手段は、電動式移動体及び通信用移動体並びに前記通信用移動体に超急速充電のための電力を供給する携帯用蓄電モジュールを含む電気機器に組込まれるように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、少なくとも請求項１に記載の蓄電モジュールが組込まれた電気機器を超急速充電することが可能な超急速充電ステーションであって、前記電気機器に供給するための直流電力を貯蔵する第２の蓄電手段と、電源から供給される電力を前記第２の蓄電手段を急速充電するための第２の急速充電制御手段と、前記電気機器の超急速充電時には、前記第２の急速充電制御手段から前記第２の蓄電手段への給電を中止する給電制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６項に記載の超急速充電ステーションにおいて、前記給電制御手段は、前記第２の急速充電制御手段から出力される電力の電圧が前記第２の蓄電手段の出力電圧よりも降下させることで前記第２の急速充電制御手段から前記第２の蓄電手段への給電中止が可能なように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の超急速充電ステーションにおいて、前記第２の蓄電手段は、９００ＫＷ以上の電力供給が可能であることを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の超急速充電ステーションにおいて、前記電気機器が走行可能な走行経路に沿って敷設され前記電気機器と電気的に結合可能な走行用給電手段を備え、前記走行用給電手段からの給電によって前記電気機器が走行中に超急速充電が可能なように構成されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項６項に記載の超急速充電ステーションにおいて、映像または文字を表示する電子看板を有する広告手段が超急速充電ステーションを兼ねていることを特徴としている。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の超急速充電ステーションにおいて、前記広告手段には前記出力ポートが複数設けられており、前記各出力ポートの出力電圧及び出力電力並びに出力ポート形状は、超急速充電の対象となる前記電気機器の種類に基づき適宜設定されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の超急速充電ステーションにおいて、前記複数の出力ポートのうちの一部の出力ポートには、前記電気機器を非接触で充電することが可能なワイヤレス給電手段が接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、第１の急速充電制御手段は、第１の蓄電手段の劣化を抑制しつつ、第１の蓄電手段の急速充電時間を短縮するための最速充電条件を算出し、この最速充電条件に基づき第１の蓄電手段の超急速充電を行う機能を有するので、第１の蓄電手段の充電特性を考慮した超急速充電のための電力制御が可能となり、超急速充電に対する安全性および第１の蓄電手段の寿命を高めることができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、第１の急速充電制御手段には、人工知能の情報処理に適した専用の半導体回路を構成し最速充電条件を算出する半導体チップが組込まれているので、最速充電条件の算出が極めて高速で行うことができ、超急速充電における充電制御の遅れが回避できる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、第１の蓄電手段として少なくともリチウムイオン電池と、全固体電池と、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
用いているので、第１の蓄電手段における超急速充電の受け入れ性能を確保することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、第１の急速充電制御手段は、ワイヤレス給電手段を介して供給される外部からの電力を制御し、第１の蓄電手段の超急速充電を行うように構成されているので、充電操作を迅速かつ容易に行うことができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、第１の蓄電手段と第１の急速充電制御手段は、電動式移動体及び通信用移動体並びに通信用移動体に超急速充電のための電力を供給する携帯用蓄電モジュールを含む電気機器に組込まれるように構成されているので、電気自動車や携帯電話器の超急速充電が可能となり、電気自動車の充電待ちの解消や携帯電話などを利用した業務の効率を高めることができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、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の蓄電手段を超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、蓄電モジュールを極めて短い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、充電時間が短くなることにより、超急速充電ステーションの利用回転率も高くなり、一日当たりの充電回数を大幅に増加させることができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明によれば、給電制御手段は、第２の急速充電制御手段から出力される電力の電圧が第２の蓄電手段の出力電圧よりも降下させることで第２の急速充電制御手段から第２の蓄電手段への給電中止が可能となるので、大電力を遮断するための大型開閉器などによる開閉操作が不要となり、超急速充電ステーションの構成を簡素化することができ、かつ構成の簡素化により超急速充電ステーションの信頼性を高めることができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、第２の蓄電手段は９００ＫＷ以上の電力供給が可能であるので、既存の送配電系統に過大な負担をかけることなく、急速充電の国際標準化団体が目指す最大９００ＫＷでの急速充電が実現可能となる。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、走行用給電手段からの給電によって電気機器が走行中に超急速充電が可能なように構成されているので、電気機器を停止させることなく急速充電ができ、電気機器の稼働率を高めることができ、かつ目的地までの到達時間を短縮することができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、映像または文字を表示する電子看板を有する広告手段が超急速充電ステーションを兼ねているので、電気機器を超急速充電する必要のある人に対して超急速充電ステーションは宣伝広告の機能を果たすことになり、超急速充電ステーションの付加価値を高めることができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明によれば、各出力ポートの出力電圧及び出力電力並びに出力ポート形状は、超急速充電の対象となる電気機器の種類に基づき適宜設定されているので、種類の異なる電気機器を同時に超急速充電することができ、電気機器の充電待ちを解消することができ、かつ利便性を高めることができる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明によれば、複数の出力ポートのうちの一部の出力ポートには、電気機器を非接触で充電することが可能なワイヤレス給電手段が接続されているので、充電操作が著しく容易となり、利便性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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】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機器としてのパーソナルコンピュータの概要を示す斜視図である。
【図４】図３のパーソナルコンピュータを超急速充電するための電気機器としての携帯用蓄電モジュールの配線図である。
【図５】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電気機器としてのスマートフォンの概要を示す斜視図である。
【図６】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電気機器としてのスマートフォンのワイヤレス給電による超急速充電を示す斜視図である。
【図７】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気機器としてのドローンのワイヤレス給電による超急速充電を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係わる蓄電モジュールを組み込んだ電気機器としての電気自動車を超急速充電するための超急速充電ステーションの概要を示す配線図である。
【図９】図８における超急速充電ステーションの詳細配線図である。
【図１０】本発明の実施の形態７に係わる蓄電モジュールを組み込んだ電気機器としての鉄道車両を超急速充電するための超急速充電ステーションの概要を示す配線図である。
【図１１】図１０の鉄道車両の概要を示す配線図である。
【図１２】本発明の実施の形態８に係わる蓄電モジュールを組み込んだ電気機器としての電気自動車を走行中に超急速充電するための超急速充電ステーションの概要を示す配線図である。
【図１３】図１２の超急速充電ステーションにおける走行用給電手段の拡大断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態９に係わる蓄電モジュールを組み込んだ電気機器を超急速充電するための超急速充電ステーションの変形例を示す配線図である。
【図１５】図１４の超急速充電ステーションの配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（実施の形態１）
図１および図２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、たとえば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、例えばＳｉＣ（シリコンカーバイト）半導体素子やＧａＮ（窒化ガリウム）半導体素子など次世代パワー半導体素子を利用して製作されている。これらの半導体素子は、耐熱性を有することから、ＡＣ−ＤＣコンバータの冷却構造を簡略化することが可能である。
【００３６】
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２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、そのような制御化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のみから構成されるが、リチウムイオン電池の他に全固体電池、二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタのいずれか一つから構成してもよいし、これら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Ｔ１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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。充電情報処理部２５と人工知能２６は、信号Ｋ６を介して情報交換が可能となっている。
【００３９】
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。
【００４０】
第１の急速充電制御手段２０のパワー制御部２１は、電力変換用の次世代パワー半導体２３を有している。次世代パワー半導体２３は、例えばＳｉＣ半導体素子、ＧａＮ半導体素子、Ｇａ２Ｏ３（酸化ガリウム）半導体素子などが用いられており、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。次世代パワー半導体２３は、これらの半導体素子を絶縁ケース（図示略）で覆ってパッケージ化したものであり、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。次世代パワー半導体２３には、電力変換に伴う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。
【００４１】
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、温度制御ユニット２４からの指令によって動作するようになっており、温度制御ユニット２４は充電情報処理部２５からの出力信号Ｋ３によって制御されるようになっている。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、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を構成するセルとしての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。
【００４２】
このように、第１の急速充電制御手段２０に、例えばＳｉＣ半導体素子、ＧａＮ半導体素子、Ｇａ２Ｏ３（酸化ガリウム）半導体素子などを用いた次世代パワー半導体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、これらの半導体素子を用いた次世代パワー半導体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。
【００４３】
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の超急速充電毎の充電結果（超急速充電時における充電電圧、充電電流、充電時間、第１の蓄電手段１０を構成するセルの温度などの充電データ）を記憶するようになっている。人工知能２６は、第１の蓄電手段１０の劣化を抑制しつつ、第１の蓄電手段１０の急速充電時間を短縮するための最速充電時間を算出し、充電情報処理１０部２５に出力する機能を有する。すなわち、第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０の劣化を抑制しつつ、第１の蓄電手段１０の急速充電時間を短縮するための最速充電条件を算出し、最速充電条件に基づき第１の蓄電手段１０の超急速充電を行う機能を有している。人工知能２６はインターネットで計算機本体（クラウド）につながった構成でもよいし、端末側（エッジ側）に組込む構成としてもよい。本実施の形態１においては、人工知能２６は、人工知能の情報処理に適した専用の半導体回路を構成し、最速充電条件を算出するエッジ側用の半導体チップ（ＡＩチップ）から構成されている。このように、第１の急速充電制御手段２０にエッジ側用のＡＩチップを組込むことにより、人工知能２６は、クラウドを用いる場合に比べて計算処理に要する時間が短縮され、超急速充電制御に遅れが生じるのを回避することが可能となっている。
【００４４】
ここで、本発明における超急速充電とは、第１の蓄電手段１０の充電開始から第１の蓄電手段１０が容量８０％に到達するまでの時間がおよそ１０分間以内となる充電を意味し、数分間でフル充電（容量１００％に至る充電）に到達する充電も含まれる。一般的に言われている急速充電は、充電開始から容量が８０％に到達するまでの時間がおよそ１時間前後であり、本発明の超急速充電は、従来の急速充電に比べて充電時間を大幅に短縮することが可能となる。なお、本発明における超急速充電の定義において、第１の蓄電手段１０の充電開始から第１の蓄電手段１０が容量８０％に到達するまでの時間に限定したのは、例えば容量８０％を超えたリチウムイオン電池では充電状態が飽和状態近くになっており、容量８０％到達前に比べて充電の受け入れ特性が悪く、容量８０％からフル充電に到達するまでの時間が著しく長くなるからである。
【００４５】
この実施の形態１における最速充電条件の算出は、例えば人工知能２６による機械学習の手法を用いて行われる。人工知能２６は、例えば、機械学習に基づいて、第１の蓄電手段１０の温度を推定する推定部と、推定部によって推定された推定温度に基づいて、第１の蓄電手段１０の過度の温度上昇を抑制しつつ、第１の蓄電手段１０の充電時間を最速とするための最速充電条件である充電電圧と充電電流を算出する算出部とを備えている。
【００４６】
学習段階において、人工知能２６の推定部は、実験における超急速充電時の充電条件（充電電圧および充電電流）とこの充電条件によって生じる第１の蓄電手段１０の温度上昇との関係を学習する。例えば、第１の蓄電手段１０を構成するリチウムイオン電池と同種同型のリチウムイオン電池を用いて行った実験における超急速充電時の充電条件（充電電圧および充電電流）を入力用教師データとし、この充電条件における第１の蓄電手段１０の温度を出力用教師データとして、超急速充電時の充電条件と、この充電条件時の温度との関係を学習することができる。
【００４７】
第１の蓄電手段１０を構成するリチウムイオン電池の各セルは、冷却ユニット３０によって強制冷却されている。第１の蓄電手段１０の超急速充電時における温度上昇は、充電電圧および充電電流が大きく関係しており、第１の蓄電手段１０の劣化を促進させる要因となる。一般的に、電池は、電池の温度が高くなると充電受入性能が向上するという性質を有している。従って、電池の温度が高くなると、より多くの電流が電池に流入することが可能になる。より多くの電流が電池に流入すると、電池の温度がますます高くなってしまう。このため、充電時には、電池の温度を精密に制御することが重要である。
【００４８】
第１の蓄電手段１０を実際に超急速充電するとき、人工知能２６には、出力センサ１３から充電情報処理部２５を介して送られてくる第１の蓄電手段１０の充電電圧および充電電流が入力される。人工知能２６は、出力センサ１３から送られてくる第１の蓄電手段１０の充電電圧および充電電流を推定部への入力データとして用いる。学習済の推定部に第１の蓄電手段１０の充電電圧および充電電流を入力すると、推定部は、機械学習に基づき、第１の蓄電手段１０の温度を推定することができる。算出部は、推定された推定温度に基づいて、第１の蓄電手段１０の過度の温度上昇を抑制しつつ、第１の蓄電手段１０の充電時間を最速とするための最速充電条件である充電電圧と充電電流とを新たに算出することができる。すなわち、第１の蓄電手段１０の過度の温度上昇は、第１の蓄電手段１０の劣化を促進させることから、第１の蓄電手段１０の過度の温度上昇を回避しつつ、第１の蓄電手段１０の充電時間を最短とするために、人工知能２６は最速充電条件である充電電圧と充電電流を新たに算出し、第１の蓄電手段１０の充電制御を行うようにしている。第１の蓄電手段１０の過度の温度上昇を抑制しつつ、第１の蓄電手段１０の充電時間を最速とするための最速充電条件である充電電圧と充電電流は、例えば、第１の蓄電手段１０を構成するリチウムイオン電池のメーカーが保証する最大充電受入性能を達成可能な温度を達成可能な充電電圧および充電電流であり得る。メーカーが保証する最大充電受入性能であれば、大電流による充電でも第１の蓄電手段１０の劣化がないか、またはほとんどないからである。このように、実験データと人工知能２６を組み合わせることにより、第１の蓄電手段１０を構成するリチウムイオン電池の劣化を抑制しつつ、リチウムイオン電池の超急速充電が可能となっている。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、急速充電時における充電電流の異常の有無を第１の蓄電手段１０の出力側に設けられた出力センサ１４からの電流信号Ｋ２に基づき判定する機能を有しており、急速充電時に充電電流の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ようにしている。
【００４９】
上述した例では、人工知能２６の推定部が第１の蓄電手段１０の温度を推定することを説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、人工知能２６によって第１の蓄電手段１０の温度を推定することの代わりに、温度センサ等により第１の蓄電手段１０の温度を実際に測定するようにしてもよい。このとき、人工知能２６の推定部は省略され得、人工知能２６の算出部が、実際に測定された温度に基づいて、第１の蓄電手段１０の過度の温度上昇を抑制しつつ、第１の蓄電手段１０の充電時間を最速とするための最速充電条件を新たに算出することができる
【００５０】
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。
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蓄電手段２０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。
【００５１】
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。
【００５２】
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であるので、第１の蓄電手段１０と充電制御機能とを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、急速充電時における充電電流の異常の有無を第１の蓄電手段１０の出力側に設けられた出力センサ１４からの信号Ｋ２に基づき判定する機能を有しており、急速充電時に充電電流の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。
【００５３】
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。
【００５４】
この実施の形態１においては、人工知能２６を用いて最速充電条件を算出する構成としているが、第１の急速充電制御手段２０に人工知能２６に代わる充電機能を持たせることにより、人工知能２６を用いることなく最速充電条件を算出する構成としてもよい。リチウムイオン電池から構成される第１の蓄電手段１０の充電開始時には、通常第１の蓄電手段１０の残存容量（ＳＯＣ）はフル充電時に対して大きく低下しており、第１の蓄電手段１０の端子電圧も所定値以下に低下している。第１の蓄電手段１０の端子電圧が所定値よりも大きく低下している状態では、比較的大きな電流により第１の蓄電手段１０を充電しても、第１の蓄電手段１０はほとんど劣化しないことが知られている。いわゆる従来のＣＣ−ＣＶ方式の充電はこの現象を利用したものである。本発明では、第１の急速充電制御手段２０の充電情報処理部２５は、信号Ｋ１および信号Ｋ２に基づき第１の蓄電手段１０の残存容量を推定する機能を有している。すなわち、充電情報処理部２５は、信号Ｋ１に基づく第１の蓄電手段１０に流入する電力量と、信号Ｋ２に基づく第１の蓄電手段１０から流出する電力量との関係から、第１の蓄電手段１０の残存容量を推定する機能を有している。
【００５５】
充電情報処理部２５は、第１の蓄電手段１０の残存容量が端子電圧と一定の関係があることから、第１の蓄電手段１０の残存容量から第１の蓄電手段１０の端子電圧が所定値以下となっているか否かを推測する機能を有している。第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０の残存容量から第１の蓄電手段１０の端子電圧が所定値以下となっていると推測した場合は、予め入力された最速充電プログラムに基づきＣＣ−ＣＶ方式の充電の場合の許容充電電流の範囲を少し超える大電流で第１の蓄電手段１０を僅かな時間だけ充電することを可能としている。第１の蓄電手段１０を構成するリチウムイオン電池の各セルは、冷却ユニット３０によって強制冷却されている。充電情報処理部２５は、ＣＣ−ＣＶ方式の充電の場合の許容充電電流の範囲を少し超える大電流で第１の蓄電手段１０を僅かな時間だけ充電することを連続的に細かく行い、第１の蓄電手段１０の端子電圧が所定値に到達するまで間欠的な充電を繰り返す機能を有している。ここで、ＣＣ−ＣＶ方式の充電の場合の許容充電電流の範囲を少し超える大電流とは、ＣＣ−ＣＶ方式の充電の場合の許容充電電流の１．２〜１．４倍程度の電流をいう。これにより、第１の蓄電手段１０の大電流による充電にも関わらず第１の蓄電手段１０を構成するセルの温度は許容値内に維持され、セルの温度上昇に起因する第１の蓄電手段１０の劣化が抑制される。このように、第１の急速充電制御手段２０は、第１の蓄電手段１０の端子電圧が所定値に到達するまでは、ＣＣ−ＣＶ方式の充電の場合の許容充電電流の１．２〜１．４倍程度の大電流で第１の蓄電手段１０を僅かな時間だけ充電する間欠的な充電を連続的に行うことにより、人工知能２６を用いることなく温度上昇に起因する第１の蓄電手段１０の劣化を抑制しつつ、充電時間の短縮を図っている。
【００５６】
（実施の形態２）
図３および図４は、本発明の実施の形態２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３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。
【００５７】
図４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蓄電モジュール４０Ｂを備えている。携帯用蓄電モジュール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いる。携帯用蓄電モジュール４０Ｂにおける入力電源である交流または直流の種類の切替は、切替スイッチ４５により可能となっている。
【００５８】
このように構成された実施の形態２においては、外部の携帯用蓄電モジュール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、携帯用蓄電モジュール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、携帯用蓄電モジュール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。
【００５９】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３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スマートフォン７０に組込んだ例を示している。図５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５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、携帯用蓄電モジュール４０Ｂを備えている。携帯用蓄電モジュール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。
【００６０】
このように構成された実施の形態３においては、外部の携帯用蓄電モジュール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、携帯用蓄電モジュール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。
【００６１】
（実施の形態４）
図６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スマートフォン７０Ａに組込んだ例を示している。スマートフォン７０Ａでは、第１の急速充電制御手段２０は、ワイヤレス給電手段８０を介して供給される外部からの電力を制御し、第１の蓄電手段１０の超急速充電を行うように構成されている。ワイヤレス給電手段８０は、例えば車内の運転席の近傍に設けられている。ワイヤレス給電手段８０は、上面８０ａ側の内部に給電コイル８１を有しており、給電コイル８１はケーブル８２を介して外部から供給される電力を電磁誘導作用によりスマートフォン７０Ａの受電コイル７５に誘起させる機能を有している。
【００６２】
このように構成された実施の形態４においては、スマートフォン７０Ａをワイヤレス給電手段８０の上面８０ａに載置することにより、ワイヤレス給電手段８０の給電コイル８１とスマートフォン７０Ａの受電コイル８１との間で電磁誘導作用が生じる。これにより、スマートフォン７０Ａの受電コイル７５に電力が誘起し、この誘起起電力が第１の急速充電制御手段２０によって最適な充電電力に制御され、第１の蓄電手段１０の超急速充電が行われる。このように、実施の形態４においては、超急速充電はワイヤレス給電手段８０の上面８０ａにスマートフォン７０Ａを載せる操作だけでよく、図５の充電に比べて充電操作を迅速かつ容易に行うことができる。この実施の形態４では、ワイヤレス給電として電磁誘導方式を採用しているが、例えば磁界共鳴方式など他の方式を採用してもよい。
【００６３】
（実施の形態５）
図７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を電動式移動体としてのドローン９０に組込んだ例を示している。ドローン９０は、ドローン本体部９１から半径方向外方に延びる４つのアーム９２を有している。各アーム９２の先端部には、それぞれローターブレード９３が回転可能に設けられている。ローターブレード９３はモーター（図示略）によって高速回転するようになっている。ドローン９０は、ローターブレード９３が高速回転することにより、空中を移動することが可能となっている。ドローン本体部９１の内部には、図１および図２に示す蓄電モジュール１が収納されている。ドローン９０は、ワイヤレス給電手段９５の上面９５ａに着陸可能となっている。ワイヤレス給電手段９５は、上面９５ａ側内部に給電コイル９６を有している。ドローン本体部９１の下部には、受電コイル９４が設けられている。ワイヤレス給電手段９５の給電コイル９６は、ケーブル９７を介して外部から供給される電力を電磁誘導作用によりドローン９０の受電コイル９４に誘起させる機能を有している。
【００６４】
このように構成された実施の形態５においては、ドローン９０がワイヤレス給電手段９５の上面９５ａに着陸することにより、ワイヤレス給電手段９５の給電コイル９６とドローン９０の受電コイル９４との間で電磁誘導作用が生じる。これにより、ドローン９０の受電コイル９４に電力が誘起し、この誘起起電力がドローン９０に搭載された第１の急速充電制御手段（図示略）によって最適な充電電力に制御され、ドローン９０の第１の蓄電手段（図示略）の超急速充電が行われる。このように、実施の形態５においては、ドローン９０がワイヤレス給電手段９５の上面９５ａに着陸するだけでよく、充電操作を迅速かつ容易に行うことができる。ワイヤレス給電手段９５は、給電コイル９６および通電部分が外部に露出していないので、ドローン９０の飛行が雨天の場合であっても、充電操作を安全に行うことが可能となる。この実施の形態５においては、ワイヤレス給電として電磁誘導方式を採用しているが、例えば磁界共鳴方式など他の方式を採用してもよい。
【００６５】
（実施の形態６）
図８および図９は、本発明の実施の形態６を示しており、蓄電モジュールを電気機器としての車両（電気自動車）５０に組込んだ例を示している。図８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。
【００６６】
図８および図９は、車両５０に組込まれた蓄電モジュール１Ａを超急速充電するための超急速充電ステーション４０Ａを示している。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。
【００６７】
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。
【００６８】
超急速充電ステーション４０Ａは、図８に示すように、蓄電モジュール１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。超急速充電ステーション４０Ａは、蓄電モジュール１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１への電力供給が可能となっている。超急速充電ステーション４０Ａは、図８に示すように、第２の急速充電制御手段としての整流器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。
【００６９】
給電制御手段４６は、大電力の供給を瞬時に遮断する開閉器を採用する構成としてもよいが、実施の形態６においては、外部からの指令により第２の急速充電制御手段としての整流器４１の出力電圧を第２の蓄電手段４２の出力電圧よりも降下させることで、整流器４１から第２の蓄電手段４２への給電中止が可能なように構成されている。すなわち、給電制御手段４６は、車両５０の超急速充電時には整流器４１に給電中止指令信号を出力し、整流器４１の出力電圧の降下制御を行う機能を有している。給電制御手段４６は、電気機器としての車両５０の超急速充電時に第２の蓄電手段４２への給電を中止するものであり、車両５０の超急速充電を行わない場合は、第２の蓄電手段４２への電力供給が許容される。そこで、車両５０の超急速充電の頻度が極めて低く、かつ電力料金の安価な夜間の時間帯にのみ第２の蓄電手段４２への電力供給を許容し、車両５０の超急速充電が頻繁に行われる昼間の時間帯にのみ第２の蓄電手段４２への電力を中止する機能を給電制御手段４６にもたせる構成としてもよい。
【００７０】
超急速充電ステーション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６においては、超急速充電ステーション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。超急速充電ステーション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、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、送配電系統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。
【００７１】
つぎに、実施の形態６における車両の超急速充電の手順および作用について説明する。
車両５０が超急速充電ステーション４０Ａに到着すると、車両５０は超急速充電ステーション４０Ａの所定位置に停車する。超急速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、超急速充電ステーション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、車両５０側から超急速充電ステーション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への電力供給が中止される。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を超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。
【００７２】
このように、超急速充電ステーション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の超急速充電が可能となるので、電力会社の送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を超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、超急速充電ステーション４０Ａの利用回転率を高めることが可能となる。また、給電制御手段４６は、第２の急速充電制御手段としての整流器４１から出力される電力の電圧が第２の蓄電手段４２の出力電圧よりも降下させることで整流器４１から第２の蓄電手段４２への給電中止が可能となるので、大電力を遮断するための大型開閉器などによる開閉操作が不要となり、超急速充電ステーション４０Ａの構成を簡素化することができ、かつ構成の簡素化により超急速充電ステーション４０Ａの信頼性を高めることができる。
【００７３】
（実施の形態７）
図１０および図１１は、本発明の実施の形態７を示している。実施の形態７は、電気機器としての蓄電池電車２００に組込まれた蓄電モジュール１Ａを超急速充電するための超急速充電ステーション４０Ａを示している。蓄電池電車２００は、蓄電モジュール１Ａを構成する第１の蓄電手段１０と第１の急速充電制御手段２０を有している。また、蓄電池電車２００には、インバータ２０１と走行モーター２０２を有している。走行レール２１０上を走行する蓄電池電車２００の屋根側には、昇降可能な超急速充電用のパンタグラフ２０３が設けられている。蓄電池電車２００が停車する駅には、蓄電池電車を超急速充電するための充電建屋２１１が設けられており、充電建屋２１１には、第２の蓄電手段４２と、第２の急速充電制御手段４１と、給電制御手段４６が配置されている。充電建屋２１１に隣接する位置には、地上側に固定された絶縁支柱２１２を介して充電用導体２１３が設けられている。充電用導体２１３は、水平方向に延びる帯状の銅合金から構成されている。充電用導体２１３は、第２の蓄電手段４２と電気的に接続されている。蓄電池電車２００の充電用パンタグラフ２０３は、上昇時には充電用導体２１３と接触するようになっている。
【００７４】
実施の形態７においては、第２の蓄電手段４２は、９００ＫＷ以上の電力供給が可能となっている。第２の蓄電手段４２は、９００ＫＷ以上の電力供給が可能とするために、所定の容量を有する多数のセル（単電池）が直列および並列に接続されている。今日において電動式移動体に関する急速充電の国際標準化団体が目指すのは、最大９００ＫＷでの超急速充電であり、この場合の直流充電電圧は１５００Ｖであり、直流充電電流は６００Ａとなっている。実施の形態７における蓄電池電車２００の充電電圧は、直流１５００Ｖであり、国際標準化団体が目指す充電電圧と同一になっている。国際標準化団体が最大９００ＫＷでの超急速充電を目指しているのは、今後普及が見込まれる大型の電動式移動体である電気バス、電気トラック、路面電車などを短時間で充電することが社会的課題となっているからである。
【００７５】
このように構成された実施の形態７においては、第２の蓄電手段４２は、９００ＫＷ以上の電力供給が可能であり、蓄電池電車２００の超急速充電時には、給電制御手段４６によって第２蓄電手段４２は送配電系統から切り離された状態となるので、第２の蓄電手段４２に貯蔵された電力のみで蓄電池電車２００を超急速充電することができる。これにより、既存の送配電系統に過大な負担をかけることなく、急速充電の国際標準化団体が目指す最大９００ＫＷ以上での超急速充電が実現可能となる。なお、この実施の形態７においては、第２の蓄電手段４２から出力される電力をそのまま蓄電電車２００に供給する構成としているが、第２の蓄電手段４２の出力側に電力変換器（図示略）を設け、第２の蓄電手段４２から出力される電力の電圧を昇圧させて蓄電池電車２００に供給する構成としてもよい。
【００７６】
（実施の形態８）
図１２および図１３は、本発明の実施の形態８を示しており、電気機器としての車両（電気自動車）５０の走行中の超急速充電に適用した場合を示している。実施の形態８が実施の形態６と異なるところは、給電アーム１５０と走行用給電手段１６０の有無であり、その他の構成は実施の形態６に準ずる。図１２に示すように、電気機器としての車両５０の床面には、給電アーム１５０が設けられている。給電アーム１５０ｄは、一端部を固定端として車両５０の床面に対して上下方向（矢印Ｆ２方向）に揺動可能となっている。給電アーム１５０の一端部は、端子Ｔ１と電気的に接続されている。車両５０が走行可能な路面Ｇ１には、走行経路に沿って走行用給電手段１６０が敷設されている。走行用給電手段１６０は、車両５０と給電アーム１５０を介して電気的に結合可能となっている。
【００７７】
図１３は、走行用給電手段１６０の断面を示している。走行用給電手段１６０は、一部は路面Ｇ１に露出する状態で地中に埋設されている。走行用給電手段１６０は、絶縁ホルダ１６１とプラス側給電レール１６２とマイナス側給電レール１６３から構成されている。プラス側給電レール１６２とマイナス側給電レール１６３は、絶縁ホルダ１６１によって所定の間隔をもって保持されている。走行用給電手段１６０は、図１３の紙面に対して直行する方向に延びている。プラス側給電レール１６２とマイナス側給電レール１６３は、超急速充電ステーション４０Ａの第２の蓄電手段４２の出力側と電気的に接続されている。
給電アーム１５０は、他端部側が走行給電手段１６０と接触可能となっている。給電アーム１５０は、他端部側に摺動接触部１５１が設けられている。摺動接触部１５１は、第１の接触部１５１ａと第２の接触部１５１ｂを有している。第１の接触部１５１ａは、プラス側給電レール１６２と接触可能となっており、第２の接触部１５１ｂはマイナス側給電レール１６３と接触可能となっている。
【００７８】
このように構成された実施の形態８においては、車両５０が前進方向（矢印Ｆ１方向）に走行している状態で、給電アーム１５０を降下させると、給電アーム１５０の摺動接触部１５１が走行用給電手段１６０に接触し、給電アーム１５０は走行用給電手段１６０と通電状態となる。これにより、第２の蓄電手段４２から走行用給電手段を介して車両５０側に超急速充電のための電力が供給される。給電アーム１５０の摺動接触部１５１は、走行用給電手段１６０に対して摺動可能であるので、車両５０は摺動接触部１５１を走行用給電手段１６０に接触させながら矢印Ｆ１方向の走行が可能となる。走行用給電手段１６０は、走行経路の一部に所定の長さをもって敷設されており、走行用給電手段１６０による車両５０の超急速充電が完了した際は、給電アーム１５０は上昇し、車両５０の床面側に収納される。この実施の形態８においては、走行用給電手段１６０は一部が路面Ｇ１に露出する状態で地中に埋設する構成としているが、走行用給電手段１６０を走行経路に沿って延びるガードレール（図示略）に設ける構成としてもよい。なお、走行用給電手段１６０は、給電アーム１５０との接触により車両５０が停車した状態でも超急速充電のための電力を車両５０に供給可能であるので、走行方向に著しく短縮した構成の走行用給電手段１６０を、実施の形態６の図８に示す超急速充電ステーション４０Ａの路面に埋設することで、例えば市街地の給油スタンドに併設された超急速充電ステーション４０Ａにおける停車中の車両５０の超急速充電も可能となる。さらに、給電アーム１５０の昇降動作は外部からの指令により自動化が可能であるので、給電アーム１５０の自動化による超急速充電の無人化も実現可能となる。
【００７９】
（実施の形態９）
図１４および図１５は、本発明の実施の形態９を示しており、広告手段が超急速充電ステーションを兼用している変形例を示している。この実施の形態９も急速充電ステーション４０Ａの構成は、実施の形態６の構成に準じる。図１４および図１５に示すように、映像または文字を表示する電子看板３０２を有する広告手段３００は、急速充電ステーション４０Ａを兼ねている。広告手段３００は、本体部３０１と電子看板３０２を有している。本体部３０１は、床面Ｇ２に載置可能な略直方体状に形成されている。本体部３０１の下部には、操作台３０３が設けられている。操作台３０３の上面には、超急速充電の対象となるパーソナルコンピュータ６０やスマートフォン７０などが載置可能となっている。本体部３０１内には、第２の急速充電制御手段４１と第２の蓄電手段４２と給電制御手段４６が収納されている。電子看板３０２は、デジタルサイネージとも呼ばれており、表示と通信にデジタル技術が活用されている。電子看板３０２は、この実施の形態９においてはＬＥＤや有機ＥＬなどの発光素子を使用したディスプレイから構成されている。電子看板３０２には、人気のあるアニメーションのキャラクタや宣伝広告のための文字などの画像３０２ａが表示可能となっている。この実施の形態９においては、電子看板３０２は平板状に形成されているが、全方向から電子看板３０２が見えるように、本体部３０１を円筒状としその外周に沿って電子看板３０２を設ける構成としてもよい。
【００８０】
広告手段３００には出力ポートＰ１が複数設けられており、各出力ポートＰ１の出力電圧及び出力電力並びに出力ポート形状は、超急速充電の対象となる電気機器の種類に基づき適宜設定されている。この実施の形態９においては、各出力ポートＰ１は、本体部３０１の下部側に設けられており、水平方向に所定の間隔をもって配置されている。各出力ポートＰ１は、電圧変換を行うコンバータ３０４を介して第２の蓄電手段４２と接続されている。複数の出力ポートＰ１のうちの一部の出力ポートＰ１には、電気機器としてのスマートフォン７０Ａを非接触で充電することが可能なワイヤレス給電手段３０６が接続されている。第２の急速充電制御手段４１には、交流電源１０１だけでなく太陽光発電パネル１０２からの電力が入力可能となっている。特定の出力ポートＰ２は、例えば直流電圧４８Ｖを出力可能なコンバータ３０５を介して第２の蓄電手段４２に接続されている。出力ポートＰ２には、電気機器のうち電動式移動体が接続可能となっている。この実施の形態９においては、特定の出力ポートＰ２には、例えば宅配のための電動トライク（電動３輪車）１８０が接続可能となっており、電動トライク１８０の超急速充電が可能となっている。
【００８１】
このように構成された実施の形態９においては、映像または文字を表示する電子看板３０２を有する広告手段３００は、超急速充電ステーション４０Ａを兼ねているので、電気機器を超急速充電する必要のある人物３１０に対して超急速充電ステーション４０Ａは宣伝広告の機能を果たすことになり、超急速充電ステーション４０Ａの付加価値を高めることができる。人物３１０は、自身の持っている例えばスマートフォン７０を操作台３０３に載置し、この状態で出力ポートＰ１にスマートフォン７０を接続することにより、超急速充電が開始される。各出力ポートＰ１の出力電圧及び出力電力並びに出力ポート形状は、超急速充電の対象となる電気機器の種類に基づき適宜設定されているので、種類の異なるパーソナルコンピュータ６０やスマートフォン７０等の電気機器を同時に超急速充電することができ、電気機器の充電待ちを解消することができ、かつ利便性を高めることができる。さらに、複数の出力ポートＰ１のうちの一部の出力ポートＰ１には、電気機器を非接触で充電することが可能なワイヤレス給電手段３０６が接続されているので、充電操作が著しく容易となり、利便性を高めることができる。
【００８２】
以上、この発明の実施の形態１ないし９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。例えば電気機器としては、上述の他に電動車椅子、電気掃除機、ロボット、農業機器、フォークリフト、電動船舶、電動航空機、ゴムタイヤ式路面電車なども含まれる。なお、実施の形態８においては、走行用給電手段１６０と給電アーム１５０を接触させる構成を採用しているが、走行用給電手段１６０および給電アーム１５０をワイヤレス給電が可能とする構成としてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
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）
１０        第１の蓄電手段
２０        第１の急速充電制御手段
２３        次世代パワー半導体
２６        人工知能
３０        冷却ユニット
４０Ａ      超急速充電ステーション
４１        整流器（第２の急速充電制御手段）
４２        第２の蓄電手段
４６        給電制御手段
５０        車両（電気機器）
６０        パーソナルコンピュータ（電気機器）
７０        スマートフォン（電気機器）
９０        ドローン（電気機器）
１５０      給電アーム
１６０      走行用給電手段
２００      蓄電池電車（電気機器）
３００      広告手段
３０２      電子看板
【図１】
2020188644.tif 000003
【図２】
2020188644.tif 000004
【図３】
2020188644.tif 000005
【図４】
2020188644.tif 000006
【図５】
2020188644.tif 000007
【図６】
2020188644.tif 000008
【図７】
2020188644.tif 000009
【図８】
2020188644.tif 000010
【図９】
2020188644.tif 000011
【図１０】
2020188644.tif 000012
【図１１】
2020188644.tif 000013
【図１２】
2020188644.tif 000014
【図１３】
2020188644.tif 000015
【図１４】
2020188644.tif 000016
【図１５】
2020188644.tif 000017