(57)【要約】本発明は、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーション及び方法に関し、該供給ステーションは、給電ユニット（１）、蓄電池システム（２）、電力を水素に変換できる装置（３）、水素貯蔵システム（４）、水素を電力に変換できる装置（５）、充電器（６）、及び水素充填機（７）を備え、給電ユニット（１）は蓄電池システム（２）と導通して電力を供給し、蓄電池システム（２）は電力を水素に変換できる装置（３）と導通して電力を水素に変換し、電力を水素に変換できる装置（３）は水素貯蔵システム（４）と連通して前記水素を水素貯蔵システム（４）に貯蔵し、水素貯蔵システム（４）が水素を電力に変換できる装置（５）と連通して、水素貯蔵システム（４）によって提供される水素を電力に変換する。該供給ステーション及び方法は、電気自動車及び水素動力車の需要に応じて動的に調整することができ、従来技術による供給ステーションに比べて、装置投資を削減することができ、蓄電池システムの電気貯蔵容量及び水素貯蔵システムの水素貯蔵容量による制限を緩和する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーションであって、
給電ユニット（１）、蓄電池システム（２）、電力を水素に変換できる装置（３）、水素貯蔵システム（４）、水素を電力に変換できる装置（５）、充電器（６）、及び水素充填機（７）を備え、
給電ユニット（１）は蓄電池システム（２）と導通して電力を供給し、
蓄電池システム（２）は電力を水素に変換できる装置（３）と導通して、蓄電池システム（２）によって提供される電力を水素に変換し、
電力を水素に変換できる装置（３）は水素貯蔵システム（４）と連通して前記水素を水素貯蔵システム（４）に貯蔵し、
水素貯蔵システム（４）は水素を電力に変換できる装置（５）と連通して、水素貯蔵システム（４）によって提供される水素を電力に変換し、
充電器（６）は前記蓄電池システム（２）と導通して電気自動車を充電し、
水素充填機（７）は水素貯蔵システム（４）と連通して水素動力車に水素を充填する、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーション。
【請求項２】
給電ユニット（１）は電力を水素に変換できる装置（３）と導通して、電力を水素に変換できる装置（３）に必要な電力を提供し、
給電ユニット（１）は充電器（６）と導通して電気自動車を充電する、請求項１に記載の供給ステーション。
【請求項３】
水素を電力に変換できる装置（５）は蓄電池システム（２）及び／又は充電器（６）と導通して電気自動車を充電する、請求項１に記載の供給ステーション。
【請求項４】
前記電力を水素に変換できる装置（３）は電解槽及び／又は可逆式燃料電池であり、好ましくは、前記電解槽は、アルカリ電解槽、プロトン交換膜電解槽、固体酸化物電解槽、及び可逆式電解槽から選択される少なくとも１つであり、
前記水素を電力に変換できる装置（５）は燃料電池及び／又は可逆式電解槽であり、好ましくは、前記燃料電池は、プロトン交換膜燃料電池、固体酸化物燃料電池、及び可逆式燃料電池から選択される少なくとも１つである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の供給ステーション。
【請求項５】
前記給電ユニット（１）は電力網である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の供給ステーション。
【請求項６】
充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な方法であって、
蓄電池システム（２）を使用して電気自動車を充電し、水素貯蔵システム（４）を使用して水素動力車に水素を充填し、
電力を水素に変換できる装置（３）と水素を電力に変換できる装置（５）を使用して、水素と電力の変換を実現し、充電と水素充填の配分を実現することを含む、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な方法。
【請求項７】
電力網を使用して蓄電池システム（２）及び／又は電気自動車を充電することをさらに含み、
好ましくは、電力網と蓄電池システムの電力出力は電気自動車の電力需要を満たすことができない場合に、水素を電力に変換できる装置（５）を介して水素貯蔵システム（４）中の水素を電力に変換して蓄電池システム（２）及び／又は電気自動車に供給する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
水素出力が水素動力車の水素需要を満たすことができない場合に、電力を水素に変換できる装置（３）を介して、蓄電池システム（２）及び／又は電力網によって提供される電力を水素に変換し水素動力車に充填する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
電力網による電気自動車への充電が不要である場合に、電力網を使用して蓄電池システム（２）を充電し、
水素貯蔵システム（４）が水素動力車の水素需要を満たすことができる場合に、電力を水素に変換できる装置（３）を使用して、電力網によって提供される電力を水素に変換し水素貯蔵システム（４）に貯蔵する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記電力を水素に変換できる装置（３）は電解槽及び／又は可逆式燃料電池であり、好ましくは、前記電解槽は、アルカリ電解槽、プロトン交換膜電解槽、固体酸化物電解槽、及び可逆式電解槽から選択される少なくとも１つであり、
前記水素を電力に変換できる装置（５）は燃料電池及び／又は可逆式電解槽であり、好ましくは、前記燃料電池は、プロトン交換膜燃料電池、固体酸化物燃料電池、及び可逆式燃料電池から選択される少なくとも１つである、請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電力を電気自動車に供給する前に、電力を電気自動車に適したレベルに変換し、水素を水素動力車に供給する前に、水素を水素動力車に適したレベルに変換することをさらに含む、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両エネルギー供給の分野に関し、具体的には、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーション及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼロエミッション車は電気自動車及び水素動力燃料電池車を含み、ゼロエミッション車の普及に伴って、人口密度の低い長距離の県跨ぎ又は州間道路で、これらの２種の車両に高速に給油する必要がある。
【０００３】
超長距離のインフラストラクチャーでは、独立した水素充填又は充電ステーションの解決策を用いることができるが、これは非常に高価であり、複数種の充填をサポートするようにより効果的で柔軟な供給ステーションを使用してもよい。水素は中型／重型車両、バスに利点をもたらし、最終的に乗用車両の重要なシェアになる可能性がある。ゼロエミッション車での電気自動車の使用は加速しているが、充電には長い時間がかかり、また、県跨ぎ又は州間高速道路で大電力充電器に接続する機会は限られている。
【０００４】
これらの技術の１つが支配的である場合に、ステーションを再配置するように、ステーション装置に対して同程度の容量及び接続方法（占用面積などを含む）を配置すべきである。この他、直流（ＤＣ）高速充電器に基づく電気自動車の充電解決策（現在、開発中の例は３５０ｋＷに近い）は、充電時間（３０分間）を最小限に抑えるように、送電網の圧力（需要のピーク及び高価な使用時間コスト）を下げるための緩衝電池システムが必要になる。電気自動車（ＥＶ）の充電器の電力は、送電網又はローカルの分散型エネルギーから直接供給できる。
【０００５】
現在、エネルギーと電力密度の要件を満たす必要がある長距離の県跨ぎ又は州間道路でのガソリンスタンドは、具体的には、高電圧を必要とする長距離電気自動車及び長距離水素動力車（トラックを含む）に対するのに十分なエネルギーを貯蔵しなければならない。電気自動車の充電に必要な時間を短縮できるため、高電圧充電は非常に有用であるが、高電圧に必要な電力出力を提供するには、大型の電池貯蔵システムが必要である。その課題は、高エネルギー密度を有する電池を使用するか、送電網から大量の電気エネルギーを抽出するかのいずれかで、大電力レベルを要求することである。現在のシステムは電池貯蔵のみを使用し、しかし、電池のエネルギー密度の制限により、高電圧システムへの給電に必要なエネルギーレベルに適するために非常に大きな（且つ高価な）システムが必要である。システムは１００メガワット以上の範囲に入ると、手頃な価格が課題である。
【０００６】
複合供給ステーションは、再配置可能な潜在力があり、施設コストの償却、送電網接続、及び支払い方法によって各ステーションのコストを削減する。
【０００７】
ＵＳ７５２３７７０Ｂ２は、異なるレベルの液体燃料、Ｈ２及び電力を含む複数種の燃料源を有する自動車用サービスステーションを開示している。該ステーションは、各燃料を使用する車両に適した異なる充填ステーションを通じて様々なタイプの車両に適用できる。さらに、車両の要求を伝達して、正確な充填技術で車両を適切なサービスブロックにガイドする無線通信システムを説明している。ＵＳ７５２３７７０Ｂ２では、複数種の燃料が貯蔵されることのみが限定されており、しかし、１つの燃料の需要が非常に高い場合に、該燃料の貯蔵が使い果たされるリスクがある。
【０００８】
ＵＳ２００３０００８１８３Ａ１は、炭化水素燃料を、水素及び電気の少なくとも一方に変換して、後に車両に供給するためのエネルギー供給ステーションを開示しており、前記ステーションは、燃料を受け取り、燃料を処理し二酸化炭素を含む出力媒体を生成するように配置された１つ又は複数の化学変換器と、化学成分を出力媒体と分離する分離段と、二酸化炭素を収集するための分離段を有する流体回路に設けられた収集要素と、車両にインタフェース接続するための車両インタフェースと、を備える。該ステーションの特徴の１つは、改質器や燃料電池などの手段により、オンサイトで可変的に電力と水素を生成して、燃料の需要を満たすということである。ＵＳ２００３０００８１８３Ａ１は、炭化水素燃料からオンサイトで電力及び水素に変換することを説明しているが、このような変換に必要な化学プロセスは、複数のユニットの操作に関し、その応答時間及び電力密度が制限されている。
【０００９】
以上から、単一のインフラストラクチャーの解決策も複合供給ステーションも、高電圧を必要とする長距離電気自動車及び長距離水素動力車（トラックを含む）の需要を満たすことができず、また、絶えずに変化する電力と水素の需要を満たすことができないことがわかっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来のエネルギー供給ステーションが絶えずに変化する電力と水素需要を満たすことができないという問題を克服するために、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーション及び方法を提供することであり、本発明に係る充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーションを使用することにより、絶えずに変化する電力と水素需要を満たすことができると同時に、コストを最適化することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を実現するために、本発明の第１態様は、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーションを提供し、該供給ステーションは、
給電ユニット、蓄電池システム、電力を水素に変換できる装置、水素貯蔵システム、水素を電力に変換できる装置、充電器、及び水素充填機を備え、
給電ユニットは蓄電池システムと導通して電力を供給し、
蓄電池システムは電力を水素に変換できる装置と導通して、蓄電池システムによって提供される電力を水素に変換し、
電力を水素に変換できる装置は水素貯蔵システムと連通して前記水素を水素貯蔵システムに貯蔵し、水素貯蔵システムは水素を電力に変換できる装置と連通して、水素貯蔵システムによって提供される水素を電力に変換し、充電器は前記蓄電池システムと導通して電気自動車を充電し、水素充填機は水素貯蔵システムと連通して水素動力車に水素を充填する。
【００１２】
本発明の第２態様は、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な方法を提供し、該方法は、
蓄電池システムを使用して電気自動車を充電し、水素貯蔵システムを使用して水素動力車に水素を充填し、
電力を水素に変換できる装置及び水素を電力に変換できる装置を使用して、水素と電力の変換を実現し、充電と水素充填の配分を実現することを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーション及び方法は、従来技術に比べて、以下の利点を有する。
（１）本発明に係る供給ステーションは、利用可能な水素と電力の比率を動的に調整できる能力を持つ。
（２）本発明に係る供給ステーションは、電力又は化学物質の形式でエネルギーを貯蔵し、燃料の需要を満たし、資本コストを最適化することができる。
（３）本発明に係る供給ステーションは、送電網接続よりも高いレートで高電圧充電を提供する能力を持つ。
（４）本発明で使用される再配置可能な配分技術は、複数種の条件で電力と水素を供給し、柔軟性と絶えずに変化する燃料基準の互換性を保持する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】、本発明に係る充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーションの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で開示される範囲の端点及び任意の値は、この正確な範囲又は値に限定されず、これら範囲又は値は、これら範囲又は値に近い値を含むと理解されるべきである。数値の範囲に対しては、各範囲の端点値の間、各範囲の端点値と個々の点の値の間、及び個々の点の値同士を互いに組み合わせて、１つ以上の新しい数値の範囲を構成でき、これら数値の範囲は、本明細書に具体的に開示されるとみなされるべきである。
【００１６】
本発明の第１態様は、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーションを提供し、図１に示すように、該供給ステーションは、
給電ユニット１、蓄電池システム２、電力を水素に変換できる装置３、水素貯蔵システム４、水素を電力に変換できる装置５、充電器６、及び水素充填機７を備え、
給電ユニット１は蓄電池システム２と導通して電力を供給し、
蓄電池システム２は電力を水素に変換できる装置３と導通して、蓄電池システム２によって提供される電力を水素に変換し、
電力を水素に変換できる装置３は水素貯蔵システム４と連通して前記水素を水素貯蔵システム４に貯蔵し、
水素貯蔵システム４は水素を電力に変換できる装置４と連通して、水素貯蔵システム４によって提供される水素を電力に変換し、
充電器６は前記蓄電池システム２と導通して電気自動車を充電し、
水素充填機７は水素貯蔵システム４と連通して水素動力車に水素を充填する。
【００１７】
本発明に記載の蓄電池システム２と水素貯蔵システム４は、それぞれ電力と水素の貯蔵ユニットであり、電力を水素に変換できる装置３と水素を電力に変換できる装置５は、水素と電力を相互に変換するユニットであり、充電器６と水素充填機７は、それぞれ電力及び水素を電気自動車及び水素動力車に供給する。
【００１８】
本発明の特定の実施形態によれば、給電ユニット１及び／又は蓄電池システム２によって提供される電力が電気自動車と完全に一致せず、たとえば、電圧又は電流が低すぎる又は高すぎる場合に、充電器６を使用して電力を電気自動車に適するように変換することができる。
【００１９】
本発明の特定の実施形態によれば、水素貯蔵システム４によって提供される水素が水素動力車と完全に一致せず、たとえば、流量又は圧力が高すぎる又は低すぎる場合に、水素充填機７を使用して水素を水素動力車に適するように処理することができる。
【００２０】
本発明は、前記電気自動車と水素動力車を特に限定せず、前記電気自動車は、本分野で一般的に使用される様々な電力により駆動される車両であってもよく、前記水素動力車は、本分野で一般的に使用される様々な水素により駆動される車両であってもよい。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、給電ユニット１は電力を水素に変換できる装置３と導通して、電力を水素に変換できる装置３に必要な電力を提供する。給電ユニット１によって提供される電力は、電力を水素に変換できる装置３に作用して、電力を水素に変換する。この好ましい実施形態により、水素の需要が大きい場合に、電力を水素に変換できる装置３を使用して、給電ユニット１によって提供される電力を水素に変換し水素動力車に水素を充填することができ、水素の需要が小さい場合に、変換された水素を水素貯蔵システム４に貯蔵することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、給電ユニット１は充電器６と導通して電気自動車を充電する。この好ましい実施形態により、給電ユニット１は直接に充電器６を介して電気自動車を充電する。電気自動車の電力源は蓄電池システム２であってもよく、給電ユニット１であってもよい。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態によれば、水素を電力に変換できる装置５は蓄電池システム２及び／又は充電器６と導通して電気自動車を充電する。水素を電力に変換できる装置５は、蓄電池システム２と導通してもよく、充電器６と導通してもよく、又は蓄電池システム２及び充電器６と導通してもよい。水素を電力に変換できる装置５は、水素貯蔵システム４に貯蔵される水素を電力に変換し、蓄電池システム２及び／又は充電器６に供給して電気自動車を充電する。この好ましい実施形態により、電気自動車の充電ピーク期間で、電気自動車の電力源は蓄電池システム２、給電ユニット１及び水素を電力に変換できる装置５から変換される電力であってもよく、高電圧、充電時間の短い長距離電気自動車の需要を満たし、この好ましい実施形態により、蓄電池システム及び給電ユニットへのエネルギー供給の要求を低減させ、独立した電気自動車の供給ステーションに比べて、占用面積及び投資コストはより小さい。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記給電ユニット１は電力網である。本発明は前記電力網の電圧レベルを特に限定せず、供給ステーションの負荷及び交通流量に応じて適切に選択する。好ましくは、前記電力網の電圧は２４０〜８００Ｖである。
【００２５】
本発明に係る供給ステーションによれば、前記電力を水素に変換できる装置３は特に限定されず、本分野で一般的に使用される様々な電力を水素に変換できる装置であってもよく、たとえば、前記電力を水素に変換できる装置３は電解槽及び／又は可逆式燃料電池であり、具体的には、前記電解槽は、アルカリ電解槽、プロトン交換膜電解槽、固体酸化物電解槽、及び可逆式電解槽から選択される少なくとも１つである。電解槽と可逆式燃料電池はいずれも市販されている。
【００２６】
本発明に係る供給ステーションによれば、前記水素を電力に変換できる装置５は特に限定されず、本分野で一般的に使用される様々な水素を電力に変換できる装置であってもよく、たとえば、前記水素を電力に変換できる装置５は燃料電池及び／又は可逆式電解槽であり、具体的には、前記燃料電池は、プロトン交換膜燃料電池、固体酸化物燃料電池、及び可逆式燃料電池から選択される少なくとも１つである。燃料電池と可逆式電解槽はいずれも市販されている。
【００２７】
本発明に係る供給ステーションは、再配置することができ、利用可能な水素と電力の比率を動的に調整できる能力を持って、車両の需要に動的に応答する。本発明に係る供給ステーションは、電力又は化学的形態でエネルギーを貯蔵して、燃料の需要を満たし、電力と水素ステーションの費用を分担することにより、資本コストを最適化することができる。本発明に係る供給ステーションは、電力網からの電力を直接貯蔵することができ、又は水素を生成して貯蔵することに使用できるため、オフピーク期間でエネルギーを貯蔵し、風力又は太陽光により発電される電力網の安定性の向上により有利である。本発明に係る供給ステーションは、水素を電力に変換して使用することができ、電力網接続よりも高いレートで高電圧充電を提供する能力を持つ。また、本発明の別の利点は再構成可能性があることであり、該供給ステーションは新たな燃料配分要求と互換性があり、エネルギー供給の互換可能性は、新たな配分装置で改造する際に、該ステーションがエネルギー供給によって制限されないことを意味する。
【００２８】
本発明の第２態様は、充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な方法を提供し、該方法は、
蓄電池システム２を使用して電気自動車を充電し、水素貯蔵システム４を使用して水素動力車に水素を充填し、
電力を水素に変換できる装置３と水素を電力に変換できる装置５を使用して、水素と電力の変換を実現し、充電と水素充填の配分を実現することを含む。
【００２９】
本発明に係る方法によれば、蓄電池システム２によって提供される電力及び水素貯蔵システム４によって提供される水素は、電力を水素に変換できる装置３及び水素を電力に変換できる装置５により変換され、充電と水素充填の配分を実現することができる。具体的には、水素の需要が大きい場合に、電力を水素に変換できる装置３を使用して、蓄電池システム２によって提供される電力を水素に変換し水素動力車に水素を充填することができ、それにより、水素貯蔵システム４のエネルギーが使い果たされるリスクを軽減できるとともに、ピーク期間の水素貯蔵システム４の水素貯蔵容量に対する要求を低減させ、電力需要が大きい場合に、水素を電力に変換できる装置５を使用して、水素貯蔵システム４によって提供される水素を電力に変換し電気自動車を充電することができ、これにより、蓄電池システム２へのエネルギー供給の要求を低減させることができ、独立した電気自動車の供給ステーションに比べて、占用面積及び投資コストはより小さい。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態によれば、該方法は、電力網を使用して蓄電池システム２及び／又は電気自動車を充電することをさらに含む。より好ましくは、電力網と蓄電池システム２の電力出力が電気自動車の電力需要を満たすことができない場合に、水素を電力に変換できる装置５を介して水素貯蔵システム４中の水素を電力に変換して蓄電池システム２及び／又は電気自動車に供給する。この好ましい実施形態により、本発明に係る方法の蓄電池システム２及び電力網へのエネルギー供給の要求を低減させ、独立した電気自動車を充電する方法に比べて、本発明に係る方法は、占用面積のより小さい蓄電池システム２を使用することができる。
【００３１】
前記電力網の電圧は上記のとおりであり、ここで繰り返し説明しない。
【００３２】
本発明に係る方法によれば、好ましくは、水素出力が水素動力車の水素需要を満たすことができない場合に、電力を水素に変換できる装置３を介して、蓄電池システム２及び／又は電力網によって提供される電力を水素に変換し水素動力車に充填する。水素動力車の水素充填のピーク期間で、水素貯蔵システム４中の水素は使い果たされるリスクがあり、本発明に係る方法は、電力を水素に変換できる装置３を使用して、蓄電池システム２及び／又は電力網によって提供される電力を水素に変換し、さらに該リスクを軽減することができる。また、この好ましい実施形態は、水素貯蔵システム４の水素貯蔵容量への要求を低減させ、装置投入を削減する。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態によれば、電力網による電気自動車への充電が不要である場合に、電力網を使用して蓄電池システム２を充電する。より好ましくは、電気自動車への充電が不要である場合に（すなわち電力網も蓄電池システム２も電気自動車を充電する必要がない）、電力網を使用して蓄電池システム２を充電する。電気自動車の電力使用のピーク期間ではない場合に、電力網を使用して蓄電池システム２を充電し蓄電池システム２の消耗した電力を補充し、そして、これは、風力又は太陽光により発電される電力網の安定性の向上により有利である。
【００３４】
本発明の特定の実施形態によれば、本発明に係る方法は、外部水素源を使用して（たとえば、チューブトレーラーを介してもよい）水素貯蔵システム４に消耗した水素を補充することをさらに含む。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態によれば、水素貯蔵システム４が水素動力車の水素需要を満たすことができる場合に、電力を水素に変換できる装置３を使用して、電力網によって提供される電力を水素に変換して水素貯蔵システム４に貯蔵する。この好ましい実施形態により、水素使用のオフピーク期間で、電力網を使用して、電力を水素に変換できる装置３を介して水素貯蔵システム４に消耗した水素を補充する。この好ましい実施形態は、風力又は太陽光により発電される電力網の安定性の向上により有利である。
【００３６】
本発明に係る方法によれば、前記電力を水素に変換できる装置３と水素を電力に変換できる装置５の選択は上記のとおりであり、ここで繰り返し説明しない。
【００３７】
本発明の特定の実施形態によれば、該方法は、電力を電気自動車に供給する前に、電力を電気自動車に適したレベルに変換し、水素を水素動力車に供給する前に、水素を水素動力車に適したレベルに変換することをさらに含む。電力網及び／又は蓄電池システム２によって提供される電力は電気自動車と完全に一致しない可能性があり、電力を電気自動車に適したレベルに変換することができ、たとえば、電圧又は電流が低すぎる又は高すぎる場合に、充電器６を使用して電力を変換することができる。水素貯蔵システム４によって提供される水素が水素動力車と完全に一致しない場合に、水素を水素動力車に適したレベルに変換することができ、たとえば、流量又は圧力が高すぎる又は低すぎる場合に、水素充填機７を使用して水素を処理することができる。
【００３８】
以下、特定の実施例で本発明を詳細に説明する。
【００３９】
供給ステーションがサービスを提供する車両は、電気自動車（トラック及び自動車を含む）及び水素動力車（トラック及び自動車を含む）を含む。
【００４０】
充電のための電力需要は以下の要因に関連する。（１）供給ステーションが同時にサービスを提供する電気自動車の数、（２）電気自動車の電池の充電容量、（３）電気自動車の目標充電時間。たとえば、３０分間以内で電池容量２６００ｋＷｈの１台の電動トラックを充電すると、５．２ＭＷの電力が必要であり、５分間以内で電池容量１００ｋＷｈの電気自動車を充電すると、１．２ＭＷの電力が必要である。電気自動車の充電ステーションでは、電力は、送電網によって提供される電力とオンサイトの電池貯蔵によって提供される電力との組み合わせによって提供され、オンサイトの電池貯蔵は、充電需要のオフピーク期間で充電する。
【００４１】
水素充填のための需要は以下の要因に関連する。（１）供給ステーションが同時にサービスを提供する水素動力車の数、（２）水素動力車の水素貯蔵タンクの容量、（３）水素動力車の目標水素充填時間。たとえば、水素動力車の水素貯蔵タンクの容量が１００キログラムで、水素充填時間が３０分間である１台のトラックに対して、２００キログラム／時間の水素充填量が必要である。水素貯蔵タンクの容量が５キログラムで、水素充填時間が５分間である１台の水素動力自動車に対して、６０キログラム／時間の水素充填量が必要である。水素充填ステーションでは、水素がオンサイトで貯蔵され、水素貯蔵システムは定期的に外部水素源を使用して（たとえば、チューブトレーラーを介してもよい）補充する。
【００４２】
独立して設置された充電ステーションの電力と水素輸送の要求は上記車両の需要に応じて設定される。
【００４３】
本発明に係る複合供給ステーションの利点は、水素を電力に変換できる装置（たとえば、燃料電池）の配置により、補充電力を提供し、複合ワークステーションで電力網のピーク値電力負荷を低減させることができ、同様に、電力を水素に変換できる装置（たとえば、電解槽）の配置により、水素の需要を部分的に満たすことができ、複合ワークステーションでオンサイトの水素貯蔵装置への要求を低減させ、電力を水素に変換できる装置の電力は、電力網又はオンサイトの蓄電池システムにより提供される。独立した単一の（ＥＶ又はＨ２）供給ステーションに比べて、ピークの電力網の電力負荷、オンサイトの電池貯蔵の要求、水素供給レートの要求、及びオンサイトの水素貯蔵容量の要求はいずれも低減する。
【００４４】
表１は本発明に係る複合供給ステーションと独立したＥＶ充電ステーションのデータ計算を示している。
【００４５】
【表１】
2021517549.tif 000003
【００４６】
表１から分かるように、独立したＥＶ充電ステーションの場合に、３２．８メガワットのピーク電力消費が必要であり、１０ＭＷの電力網接続を使用すると、ＥＶ充電ステーションのオンサイトの蓄電池システムは２２．８ＭＷｈの貯蔵容量に達するために３０分間の時間間隔を必要とする。本発明に係る複合供給ステーションは、１０ＭＷの電力網接続を使用し、ほかの２２．８ＭＷが燃料電池及びオンサイトの蓄電池システムの組合せによって提供され、燃料電池は５０％の電池貯蔵を分担する場合に、１１．４ＭＷの貯蔵容量は燃料電池によって提供され、供給ステーションのオンサイトの蓄電池システムは、１１．４ＭＷｈの貯蔵容量に達するために３０分間しかかからない。本発明に係る供給ステーションは、蓄電池システムの貯蔵要求を２２．８ＭＷｈから１１．４ＭＷｈに低減させることができる。
【００４７】
この例では、供給ステーションでサービスを提供する車両が連続している（すなわち３０分間ごとに４台の電動トラックと１０台の電気自動車がある）場合に、燃料電池を使用して蓄電池システムを直接補充する必要がある。供給ステーションがサービスを提供する車両が断続的に到着すると、オフピーク期間で、電力網及び／又は燃料電池を使用して蓄電池システムを充電することができる。
【００４８】
蓄電池システムが３０分間動作し、その後３０分間のシャットダウン周期で充電される場合に、蓄電池システムは、３０分間のシャットダウン周期で１１．４ＭＷｈの貯蔵容量が必要であり、完全に充電するために、２２．８ＭＷ（１１．４ＭＷｈ／０．５ｈ）のパワーが必要である。電力網が１０ＭＷを提供すると、１２．８ＭＷの燃料電池容量を必要とする。
【００４９】
蓄電池システムが３０分間動作し、その後６０分間のシャットダウン周期で充電される場合に、蓄電池システムは、６０分間のシャットダウン周期で１１．４ＭＷｈの貯蔵容量が必要であり、完全に充電するために、１１．４ＭＷ（１１．４ＭＷｈ／１ｈ）のパワーが必要である。電力網が１０ＭＷを提供すると、燃料電池の所要の電力は１．４ＭＷしかない。
【００５０】
燃料電池のパワーは供給ステーションがサービスを提供する具体的な交通流量に応じて設計されてもよい。
【００５１】
表２は、本発明に係る複合供給ステーションと独立したＨ２水素充填ステーションのデータ計算を示している。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
表２から分かるように、独立したＨ２水素充填ステーションの場合に、１０４０ｋｇ／ｈの最大負荷が必要であり、且つ３０ｍｉｎごとの水素充填周期は、要求を満たすために、４２０ｋｇ（１００×４＋５×４）の貯蔵容量が必要である。
【００５４】
電力網が電解装置（たとえば、電解槽）に動力を提供できる場合に、１０ＭＷの送電網接続は２００キログラム／時間（５０キロワット時／キログラムＨ２）の水素を生成することができる。これは、所要の水素の約半分を補充することができる。毎日の水素充填周期及び対応する時間手配に基づいて、電力網で給電される電解槽は、所要のオンサイトの貯蔵タンクのサイズ又は供給頻度を減少することができる。たとえば、３０分間の水素充填周期及び３０分間のシャットダウン周期で（２４時間以内に、合計２４回の水素充填周期である）、電解槽は２００キログラム／時間で提供できる（水素充填とシャットダウン期間の両方で動作する場合）ことを意味する。これは、水素の１時間あたりの純減量が２２０（４２０−２００）キログラム／時間であることを意味する。独立したＨ２ステーションに比べてＨ２の消耗率は略半分高い。このような場合に、独立したＨ２ステーションで２４時間に必要なタンクのサイズは１００８０キログラム（２４時間×４２０キログラム／時間）であり、複合供給ステーションに必要なタンクのサイズは５２８０キログラム（２４時間×２２０キログラム／時間）である。
【００５５】
本発明に係る供給ステーション及び方法は、電気自動車及び水素動力車の需要に応じて動的に調整することができ、従来技術による供給ステーション及び方法に比べて、装置投資を削減することができ、使用中の蓄電池システムの電気貯蔵容量及び水素貯蔵システムの水素貯蔵容量による制限を緩和する。
【００５６】
以上、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の技術的概念の範囲内で、本発明の技術案に対して様々な簡単な変形を行うことができ、任意のほかの適切な方式での様々な技術的特徴の組み合わせを含み、これらの簡単な変形及び組み合わせは同様に本発明に開示されている内容とみなされるべきであり、いずれも本発明の保護範囲に属する。
【符号の説明】
【００５７】
１−給電ユニット
２−蓄電池システム
３−電力を水素に変換できる装置
４−水素貯蔵システム
５−水素を電力に変換できる装置
６−充電器
７−水素充填機       
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年9月1日(2020.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な供給ステーションであって、
電力を供給する給電ユニット、蓄電池システム、電力を水素に変換できる電力-水素変換装置、水素貯蔵システム、水素を電力に変換できる水素-電力変換装置、充電器、及び水素充填機を備え、
前記蓄電池システムは、前記給電ユニット又は前記水素-電力変換装置から供給される電力を貯蔵し、
前記電力-水素変換装置は、前記給電ユニット又は前記蓄電池システムから提供される電力を水素に変換し、
前記水素貯蔵システムは、前記電力-水素変換装置が変換した水素を貯蔵し、
前記水素-電力変換装置は、前記水素貯蔵システムから提供される水素を電力に変換し、
前記充電器は、前記給電ユニット、前記蓄電池システム又は前記水素-電力変換装置から供給される電力により電気自動車を充電し、
前記水素充填機は、前記水素貯蔵システムから供給される水素を水素動力車に充填する
供給ステーション。
【請求項２】
前記給電ユニットは、前記電力-水素変換装置に電力を提供し、
前記充電器は、前記給電ユニットから供給される電力により前記電気自動車を充電する、請求項１に記載の供給ステーション。
【請求項３】
前記充電器は、前記水素-電力変換装置から供給される電力により前記電気自動車を充電する、請求項１に記載の供給ステーション。
【請求項４】
前記電力-水素変換装置は、電解槽及び／又は可逆式燃料電池であり、前記電解槽は、アルカリ電解槽、プロトン交換膜電解槽、固体酸化物電解槽、及び可逆式電解槽から選択される少なくとも１つであり、
前記水素-電力変換装置は、燃料電池及び／又は可逆式電解槽であり、前記燃料電池は、プロトン交換膜燃料電池、固体酸化物燃料電池、及び可逆式燃料電池から選択される少なくとも１つである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の供給ステーション。
【請求項５】
前記給電ユニットは電力網である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の供給ステーション。
【請求項６】
充電と水素充填とを同時又は個別に実行可能な方法であって、
蓄電池システムを使用して電気自動車を充電し、水素貯蔵システムを使用して水素動力車に水素を充填し、
電力を水素に変換できる電力-水素変換装置と水素を電力に変換できる水素-電力変換装置とを使用して、水素と電力の変換を実現し、充電と水素充填との配分を調整することを含む方法。
【請求項７】
電力網を使用して前記蓄電池システム及び／又は前記電気自動車を充電することをさらに含み、
前記電力網と前記蓄電池システムの電力出力が前記電気自動車の電力需要を満たすことができない場合に、前記水素-電力変換装置により水素貯蔵システム中の水素を電力に変換して前記蓄電池システム及び／又は前記電気自動車に供給する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
水素出力が前記水素動力車の水素需要を満たすことができない場合に、前記蓄電池システム及び／又は電力網によって提供される電力を前記電力-水素変換装置により水素に変換し前記水素動力車に充填する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
電力網による前記電気自動車への充電が不要である場合に、前記電力網を使用して前記蓄電池システムを充電し、
前記水素貯蔵システムが前記水素動力車の水素需要を満たすことができる場合に、前記電力網によって提供される電力を前記電力-水素変換装置により水素に変換して前記水素貯蔵システムに貯蔵する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記電力-水素変換装置は、電解槽及び／又は可逆式燃料電池であり、前記電解槽は、アルカリ電解槽、プロトン交換膜電解槽、固体酸化物電解槽、及び可逆式電解槽から選択される少なくとも１つであり、
前記水素-電力変換装置は、燃料電池及び／又は可逆式電解槽であり、前記燃料電池は、プロトン交換膜燃料電池、固体酸化物燃料電池、及び可逆式燃料電池から選択される少なくとも１つである、請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電力を前記電気自動車に供給する前に、電力を前記電気自動車に適したレベルに変換し、水素を前記水素動力車に供給する前に、水素を前記水素動力車に適したレベルに変換することをさらに含む、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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