(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に供給される電力を発生する発電部が搭載されると共に、電動車両における動力用の二次電池を充電可能に構成され、給電場所まで自走可能な発電機車であって、
前記電動車両は、
前記二次電池とコンセントとの間に充電用回路及び放電用回路が、車両側制御部によって切り換え可能に設けられており、
前記発電部は、
燃料の消費で得られた動力によって交流の高圧電力を発生させる発電機と、
前記高圧電力と交流の低圧電力とを変換する変圧器と、
前記低圧電力から、前記二次電池を充電するための直流の充電電力を生成する充電電力生成部と、
一端が前記コンセントに接続される充電ケーブルの他端が接続され、前記充電電力を出力可能であって前記二次電池からの直流電力が入力可能な、直流入出力端子とを有し、
前記充電電力生成部は、
前記低圧電力から前記充電電力を生成する第１動作と、前記充電ケーブルを介して接続された前記電動車両に搭載された前記二次電池の直流電力から前記低圧電力を生成する第２動作とを行う双方向インバータと、
前記充電用回路から前記放電用回路へ切り換えて前記二次電池の直流電力を放出させる放電指令を、前記電動車両の車両側制御部に送信する制御部とを有することを特徴とする発電機車。
【請求項２】
前記直流入出力端子は、
複数の充電ケーブルを接続可能に構成され、
前記双方向インバータは、
複数台の前記電動車両に搭載された前記二次電池の直流電力から前記低圧電力を生成することを特徴とする請求項１に記載の発電機車。
【請求項３】
前記発電機は、
自走用の動力を発生するエンジンと同じ燃料を消費することで前記高圧電力を発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電機車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部に供給される電力を発生する発電部が搭載され、給電場所まで自走可能な発電機車に関する。
【背景技術】
【０００２】
原動機からの動力で発電する発電機を備え、発電機で発生された高圧電力を配電系統に供給する発電機車が知られている。特許文献１には、発電機が発生した高圧電力を負荷側に供給することで、供給箇所よりも上流側に位置する配電線の工事を行えるようにした発電機車が記載されている。このような発電機車は、高圧電力の配電線への供給といった特定用途に用いられている。
【０００３】
近年、電気自動車やプラグインハイブリッド車といった電動車両が普及し始めているが、電動車両用の充電スタンドについては増設が期待されている状況であり、いまのところ十分な数が設置されているとはいえない。このため、充電スタンドが遠方にしかなかった場合、充電スタンドまで走行できない事態が想定される。特に、電気自動車では、エアコンの使用時と不使用時とで航続距離の差が大きいため、航続距離が予想外に短くなってしまうことがある。このような場合にも、充電スタンドまで走行できなくなる事態が想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６１９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリー（二次電池）に蓄えられた電力が不足し、走行できなくなってしまった場合、電気自動車は、高価で手間の掛かるレッカー移動によって充電スタンドまで移動せざるを得ない。この点、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを搭載したプラグインハイブリッド車の場合、少量の燃料を補給することで自走するという安価な手段も採り得るが、燃料の確保が困難な場合には電気自動車と同様にレッカー移動に頼らざるを得ない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、配線工事等の特定用途に使用されている発電機車を、電動車両の充電に有効活用することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するため、本発明は、外部に供給される電力を発生する発電部が搭載されると共に、電動車両における動力用の二次電池を充電可能に構成され、給電場所まで自走可能な発電機車であって、前記電動車両は、前記二次電池とコンセントとの間に充電用回路及び放電用回路が、車両側制御部によって切り換え可能に設けられており、前記発電部は、燃料の消費で得られた動力によって交流の高圧電力を発生させる発電機と、前記高圧電力と交流の低圧電力とを変換する変圧器と、前記低圧電力から、前記二次電池を充電するための直流の充電電力を生成する充電電力生成部と、一端が前記コンセントに接続される充電ケーブルの他端が接続され、前記充電電力を出力可能であって前記二次電池からの直流電力が入力可能な、直流入出力端子とを有し、前記充電電力生成部は、前記低圧電力から前記充電電力を生成する第１動作と、前記充電ケーブルを介して接続された前記電動車両に搭載された前記二次電池の直流電力から前記低圧電力を生成する第２動作とを行う双方向インバータと、前記充電用回路から前記放電用回路へ切り換えて前記二次電池の直流電力を放出させる放電指令を、前記電動車両の車両側制御部に送信する制御部とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の発電機車によれば、発電機からの交流高圧電力が変圧器によって交流低圧電力に変換され、この交流低圧電力が充電電力生成部によって直流充電電力に変換される。そして、直流充電電力が充電端子に出力される。このため、発電機車の充電端子と電動車両の充電端子とを充電ケーブルで接続することにより、電動車両を充電することができる。
【０００９】
また、接続された電動車両に搭載された二次電池を電源として高圧電力を発生させることができるため、発電機用の燃料が枯渇してしまっても高圧電力を供給できる。
【００１０】
また、二次電池を電源とする高圧電力の供給を発電機車側で制御でき、使い勝手が向上する。
【００１１】
前述の発電機車において、前記直流入出力端子が複数の充電ケーブルを接続可能に構成され、前記双方向インバータが複数台の前記電動車両に搭載された前記二次電池の直流電力から前記低圧電力を生成する場合には、高圧電力の発電時間を延ばすことができる。
【００１２】
前述の発電機車において、前記発電機が自走用の動力を発生するエンジンと同じ燃料を消費する場合には、エンジンの燃料を高圧電力の発電用に転用することができ、高圧電力の出力期間を延ばすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配線工事等の特定用途に使用されている発電機車を電動車両の充電に有効活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】発電機車の構成要素を説明する図である。
【図２】発電機車の電気的構成を説明するブロック図である。
【図３】高圧電力の供給を説明する図である。
【図４】電気自動車への充電を説明する図である。
【図５】電気自動車のバッテリーを電源にして高圧電力を発生させている状態を説明する図である。
【図６】電気自動車のバッテリーを電源にして作業用の低圧電力を発生させている状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、図１及び図２を参照して発電機車１の構成について説明する。
【００１６】
例示した発電機車１は、バンボディタイプの貨物自動車（トラック）をベースとしている。この発電機車１は、タイヤ２を支持するフレーム３と、フレーム３の前方部分に設けられた運転台４（キャビン）と、フレーム３における運転台４の後方に搭載された箱型の荷台５とを有している。フレーム３にはディーゼルエンジン６が搭載されており、クランクシャフト７を介して動力がタイヤ２に伝達される。また、荷台５には、外部に供給される電力を発生する発電部１０が収容されている。この発電部１０は、ディーゼル発電機１１と、変圧器１２と、急速充電器１３と、端子部１４とを有している。
【００１７】
ディーゼル発電機１１は、燃料の消費で得られた動力によって交流の高圧電力を発生させる装置であり、エンジン部１１１と発電機１１２とを有している。エンジン部１１１は、燃料の燃焼によって動力を発生する部分であり、本実施形態では、ディーゼルエンジン６と同じ燃料（例えば軽油）を用いるディーゼル機関によって構成されている。発電機１１２は、エンジン部１１１からの動力によって高圧電力を発生する部分である。本実施形態の発電機１１２は、三相６．６ｋＶの高圧交流電力を発生する。発生された高圧電力は、高圧用の電力線１５を通じて端子部１４と変圧器１２とに出力される。
【００１８】
変圧器１２は、ディーゼル発電機１１で発電された高圧電力を交流の低圧電力に変換する装置である。本実施形態の変圧器１２は、三相６．６ｋＶの高圧交流電力を、単相１００Ｖの交流電力と、単相２００Ｖの交流電力と、三相２００Ｖの交流電力とに変換する。変換された低圧電力は、低圧用の電力線１６を通じて端子部１４に出力される。また、三相２００Ｖの交流電力については、急速充電器１３にも出力される。そして、これらの低圧電力のうち、単相１００Ｖ及び単相２００Ｖの交流電力は、専ら作業用の電源として用いられる。また、三相２００Ｖの交流電力は、作業用の電源として用いられたり、電気自動車２１の充電に用いられたりする。
【００１９】
急速充電器１３は、三相２００Ｖの交流電力から電気自動車２１に搭載されたバッテリー（二次電池）を充電するための直流の充電電力を生成する部分であり、充電電力生成部に相当する。本実施形態の急速充電器１３は、双方向インバータ１３１と制御部１３２とを有している。
【００２０】
双方向インバータ１３１は、電気自動車２１の充電時において、三相２００Ｖの交流電力を３５０Ｖの直流電力に変換する交直変換動作（第１動作に相当する）を行う。また、燃料切れ等でディーゼル発電機１１による発電が困難な状況において、電気自動車２１のバッテリー２２から取得した３５０Ｖの直流電力を三相２００Ｖの交流電力に変換する直交変換動作（第２動作に相当する）を行う。
【００２１】
制御部１３２は、電気自動車２１の充電時において電気自動車２１の制御部（図示せず。便宜上車両側制御部という）と通信をし、充電の制御を行う。例えば、定期的に受信する充電要求量に基づいて充電電流量を定め、定めた電流量となるように双方向インバータ１３１の動作を制御する。また、制御部１３２は、ディーゼル発電機１１による発電が困難な状況において、バッテリー２２に充電された直流電力を放出させる指示を行う。この場合、制御部１３２は、直流電力を放出させるための放電指令を車両側制御部に対して送信する。この放電指令を受信した車両側制御部は、バッテリー２２に蓄えられた直流電力を放出可能な状態に、電気自動車２１を移行させる。例えば、バッテリー２２と充電ガン用コンセント２３との間に介在する回路を、充電用回路から放電用回路に切り換える。
【００２２】
端子部１４は、前述した各種の電力を出力するための端子が複数設けられた部分である。図２の例では、ディーゼル発電機１１からの高圧電力を出力する高圧出力端子１４１と、変圧器１２からの単相１００Ｖの交流電力を出力する第１低圧出力端子１４２と、同じく単相２００Ｖの交流電力を出力する第２低圧出力端子１４３と、同じく三相２００Ｖの交流電力を出力する第３低圧出力端子１４４と、充電ケーブル３１が接続されて、双方向インバータ１３１からの充電電力を出力し、かつ、バッテリー２２からの直流電力が入力される直流入出力端子１４５（充電端子）とを有している。
【００２３】
端子部１４に設けられる上記端子のうち、高圧出力端子１４１及び第１低圧出力端子１４２〜第３低圧出力端子１４４については、それぞれ１つずつ設けられているが、直流入出力端子１４５については複数（図２の例では３つ）設けられている。これにより、複数台のバッテリー２２を同時に充電したり、複数台のバッテリー２２を纏めて直流電源にしたりできる。
【００２４】
次に、発電機車１による各種の作業について説明する。
【００２５】
まず、高圧電力の配電線への供給動作について説明する。この場合、例えば図３に示すように、高圧電源ケーブル３３の一端を高圧出力端子１４１に接続し、高圧電源ケーブル３３の他端を配電線３４が備える各相の電線に接続する。そして、ディーゼル発電機１１を動作させ、図中矢印で示す経路を通じて、発生された三相６．６ｋＶの高圧交流電力を配電線３４に供給する。
【００２６】
この高圧電力の供給時においてディーゼル発電機１１は燃料を消費するが、ディーゼル発電機１１の燃料はディーゼルエンジン６の燃料と同じ軽油である。このため、ディーゼル発電機１１用の燃料が万一不足してしまったとしても、ディーゼルエンジン６用の燃料を発電に転用することができ、高圧電力の発電時間を延ばすことができる。
【００２７】
次に、電気自動車２１への充電動作について説明する。この場合、例えば図４に示すように、急速充電用充電ケーブル３１の接続端子を直流入出力端子１４５に接続し、充電ガン３２を充電ガン用コンセント２３に接続する。そして、ディーゼル発電機１１を動作させて三相６．６ｋＶの高圧交流電力を発生させる。これにより、発生された高圧交流電力は、図中矢印で示す経路を通じて、変圧器１２に供給される。変圧器１２は、高圧交流電力を三相２００Ｖの交流電力に変換する。三相２００Ｖの交流電力は急速充電器１３が備える双方向インバータ１３１に供給される。双方向インバータ１３１は、交直変換動作を行ない三相２００Ｖの交流電力を３５０Ｖの直流電力に変換する。この３５０Ｖの直流電力は充電電力として直流入出力端子１４５に出力される。
【００２８】
電気自動車２１は、急速充電器１３が備える制御部１３２と通信をし、バッテリー２２に対する充電を要求する。例えば、バッテリー２２の残容量や要求電流量の情報を定期的に制御部１３２へ送信する。そして、制御部１３２は、受信した情報に基づいて充電電力を供給する際の電流量を調節する。また、制御部１３２は、充電が完了した旨の情報を電気自動車２１から受信した場合、充電電力の供給を停止して充電動作を終了する。
【００２９】
このように、本実施形態の発電機車１は、ディーゼル発電機１１を電源とする急速充電器１３が搭載されているので、発電機車１によって電気自動車２１の充電を行うことができる。発電機車１は自走可能であるため、バッテリー２２の容量不足で走行不能な電気自動車２１に対する給電を行うことができる。また、高圧電力の配電線３４への供給動作は工事等に伴って行われるので、この供給動作に伴う発電機車１の出動頻度はそれほど高くない。そして、発電機車１に電気自動車２１への充電動作を行わせることで、発電機車１の出動頻度を高めることができる。
【００３０】
次に、電気自動車２１のバッテリー２２を電源とする高圧交流電力の発生動作について説明する。この高圧交流電力の発生動作は、例えばディーゼル発電機１１で消費される燃料が枯渇した場合やディーゼル発電機１１が故障した場合に行われる。
【００３１】
この場合、例えば図５に示すように、急速充電用充電ケーブル３１の接続端子を直流入出力端子１４５に接続し、充電ガン３２を充電ガン用コンセント２３に接続する。また、高圧電源ケーブル３３の一端を高圧出力端子１４１に接続し、高圧電源ケーブル３３の他端を配電線３４が備える各相の電線に接続する。ここで、本実施形態では、充電ケーブル３１を介して複数台の電気自動車２１を接続している。これにより、１台の電気自動車２１が備えるバッテリー２２を電源とするよりも長い時間に亘って高圧交流電力を供給することができる。各電気自動車２１が接続されたならば、急速充電器１３の制御部１３２は、各電気自動車２１に対して放電指令を送信する。
【００３２】
放電指令を受信した電気自動車２１は、搭載されたバッテリー２２に蓄えられた直流電力の放出を開始する。すなわち、図５に矢印で示すように、充電ケーブル３１を通じて直流電力を直流入出力端子１４５に供給する。この直流電力は、双方向インバータ１３１によって三相２００Ｖの交流電力に変換され、変換された交流電力が変圧器１２に供給される。そして、変圧器１２で変換された三相６．６ｋＶの高圧交流電力が配電線３４に供給される。
【００３３】
このように、本実施形態の発電機車１は、電気自動車２１のバッテリー２２を電源として配電線３４に高圧交流電力を供給することができる。このため、燃料不足や故障等によってディーゼル発電機１１が発電できない場合であっても、応急的に高圧交流電力を供給することができる。
【００３４】
次に、電気自動車２１のバッテリー２２を電源とする作業用の低圧交流電力の発生動作について説明する。この高圧交流電力の発生動作もまた、例えばディーゼル発電機１１で消費される燃料が枯渇した場合やディーゼル発電機１１が故障した場合に行われる。
【００３５】
この場合、例えば図６に示すように、急速充電用充電ケーブル３１の接続端子を直流入出力端子１４５に接続し、充電ガン３２を充電ガン用コンセント２３に接続する。また、作業用機材であるライト３５や破砕機３６の給電用プラグを、第１低圧出力端子１４２や第３低圧出力端子１４４に接続する。充電ケーブル３１が接続されたならば、急速充電器１３の制御部１３２は電気自動車２１に対して放電指令を送信する。バッテリー２２からの直流電力は、双方向インバータ１３１にて直交変換され、変圧器１２で変圧される。これにより、第１低圧出力端子１４２からは単相１００Ｖの交流電力が出力されてライト３５が点灯する。また、第３低圧出力端子１４４からは三相２００Ｖの交流電力が出力されて破砕機３６を動作させることができる。
【００３６】
＜まとめ＞
以上説明したように、本実施形態の発電機車１では、ディーゼル発電機１１からの交流高圧電力（三相６．６ｋＶ）が変圧器１２によって交流低圧電力（三相２００Ｖ）に変換され、この交流低圧電力が双方向インバータ１３１によって直流充電電力（直流３５０Ｖ）に変換される。そして、直流充電電力が充電端子に出力される。このため、発電機車１の充電端子と充電ガン用コンセント２３とを充電ケーブル３１で接続することにより、電気自動車２１を充電することができる。
【００３７】
また、双方向インバータ１３１が、低圧電力から充電電力を生成する第１動作と、バッテリー２２の直流電力から低圧電力を生成する第２動作とを行っているので、電気自動車２１のバッテリー２２を電源として高圧電力を発生させることができる。このため、発電機１１２用の燃料が枯渇してしまっても高圧電力を供給できる。
【００３８】
また、急速充電器１３の制御部１３２が、バッテリー２２からの直流電力の放出を電気自動車２１に対して指示をしているので、高圧電力の供給を発電機車１側で制御でき、使い勝手が向上する。
【００３９】
また、双方向インバータ１３１は、複数台の電気自動車２１のバッテリー２２を電源として用いているので、高圧電力の発電時間を延ばすことができる。
【００４０】
また、ディーゼル発電機１１が自走用の動力を発生するディーゼルエンジン６と同じ燃料（軽油）を消費しているので、ディーゼルエンジン６の燃料を高圧電力の発電用に転用することで、高圧電力の出力期間を延ばすことができる。
【００４１】
＜その他の実施形態＞
ところで、以上の各実施形態に関する説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨、目的を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成してもよい。
【００４２】
充電電力を生成する充電電力生成部に関し、前述の実施形態では双方向インバータ１３１を有する急速充電器１３によって構成した。ここで、双方向インバータ１３１に代えて、コンバータとインバータとを組にして設けてもよい。この場合、バッテリー２２の充電時には、コンバータを有効にして低圧の交流電力を直流の充電電力に変換し、ディーゼル発電機１１の動作困難時には、インバータを有効にして直流電力を低圧の交流電力に変換する。
【００４３】
高圧交流電力の電源となる発電機１１２に関し、前述の実施形態ではディーゼル発電機１１を例示したがこれに限られない。例えば、ガスタービンと発電機１１２の組み合わせであってもよい。要するに、燃料の消費で得られた動力によって交流の高圧電力を発生させるものであればよい。
【００４４】
バッテリー２２が搭載された電動車両に関し、前述の実施形態では電気自動車２１を例示したがこれに限られない。例えば、プラグインハイブリッド車であってもよいし、鉄道車両であってもよい。要するに、バッテリー２２に蓄えられた直流電力を電源として走行できる車両であればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…発電機車，２…タイヤ，３…フレーム，４…運転台，５…荷台，６…ディーゼルエンジン，７…クランクシャフト，１０…発電部，１１…ディーゼル発電機，１１１…エンジン部，１１２…発電機，１２…変圧器，１３…急速充電器，１３１…双方向インバータ，１３２…制御部，１４…端子部，１４１…高圧出力端子，１４２…第１低圧出力端子，１４３…第２低圧出力端子，１４４…第３低圧出力端子，１４５…直流入出力端子，１５…高圧用の電力線，１６…低圧用の電力線，２１…電気自動車，２２…バッテリー，２３…充電ガン用コンセント，３１…充電ケーブル，３２…充電ガン，３３…高圧電源ケーブル，３４…配電線，３５…ライト，３６…破砕機
【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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