(57)【要約】【課題】移動体など電力供給が限られた環境で、瞬時的に高出力が繰り返し必要な場合にも、十分な高出力の電力を供給することが可能な、電源システムを提供すること。【解決手段】一例の電源システムは、移動体に積載された発電機により発生する電力を貯蔵する１次電力貯蔵部と、この１次電力貯蔵部からの電力を貯蔵し、連続する高電力出力を負荷に供給することが可能な主電力貯蔵部と、を有する。【選択図】図１
2016093003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に積載された発電機により発生する電力を貯蔵する１次電力貯蔵部と、
この１次電力貯蔵部からの電力を貯蔵し、連続する高電力出力を負荷に供給することが可能な主電力貯蔵部と、
を有することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記主電力貯蔵部は、超電導エネルギー貯蔵装置であることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記超電導エネルギー貯蔵装置は、複数のトロイドコイルが輪環状に配設された構造を有することを特徴とする請求項２記載の電源システム。
【請求項４】
前記１次電力貯蔵部は２次電池により構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の電源システム。
【請求項５】
前記主電力貯蔵部から前記負荷に供給する出力は、連続する複数のパルス状の高電力出力であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の電源システム。
【請求項６】
前記主電力貯蔵部から前記負荷に供給する出力は、連続する複数のパルス状の高電力出力が、所定時間をおいて複数回繰り返されることを特徴とする請求項５記載の電源システム。
【請求項７】
移動体に積載された発電機により発生する電力を直流に変換する交流直流
変換部と、
この交流直流変換部により変換された電力を貯蔵する、２次電池から成る１次電力貯蔵部と、
この１次電力貯蔵部からの電力を貯蔵する、連続する高電力出力を負荷に供給することが可能な主電力貯蔵部と、
前記１次電力貯蔵部からの電力を前記主電力貯蔵部に送り、この主電力貯蔵部に貯蔵された電力を前記負荷に供給する充放電切替部と、
を有することを特徴とする電源システム。
【請求項８】
前記主電力貯蔵部は、超電導エネルギー貯蔵装置であることを特徴とする請求項７記載の電源システム。
【請求項９】
前記超電導エネルギー貯蔵装置は、複数のトロイドコイルが輪環状に配設された構造を有することを特徴とする請求項８記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力供給が限られた環境で複数の瞬時的に高出力電力を出力可能な電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力が余剰になったとき、これを吸収して磁気エネルギーとして貯蔵しておき、電力が不足した状態となった時あるいは、高出力が必要になったときに電力に変換して出力する超電導エネルギー貯蔵装置（以下、ＳＭＥＳと略称する）が知られている。
【０００３】
このようなＳＭＥＳなどを用いるエネルギー貯蔵システムは、通常、供給される電力が連続している環境で用いられている。しかし、このような従来のＳＭＥＳでは、移動体など電力供給が限られた環境でしかも瞬時的に高出力が繰り返し必要な場合に用いることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２２２３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、移動体など電力供給が限られた環境でしかも瞬時的に高出力が繰り返し必要な場合にも十分な高出力電力を出力することが可能な電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一例の電源システムは、移動体に積載された発電機により発生する電力を貯蔵する１次電力貯蔵部と、この１次電力貯蔵部からの電力を貯蔵し、連続する高電力出力を負荷に供給することが可能な主電力貯蔵部と、を有することを特徴とする電源システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態の構成例を示す図である。
【図２】一実施形態の電源システムの、接続関係を具体化した構成例を示す図である。
【図３】一実施形態におけるＳＭＥＳのトロイドコイルと１次電力貯蔵部内の２次電池の関係を示す図である。
【図４】一実施形態における充電電力と放電電力の関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【０００９】
一実施形態の構成例を図１に示す。電源システム１１の接続関係を更に明確にした構成図を図２に示す。
【００１０】
電源システム１１には、外部から発電電力を供給する発電部１２と、出力電力をパルス状の高出力に変えるパルス電力制御部１３と、このパルス電力制御部１３により制御された電力を加えられる負荷１４が接続される。
【００１１】
発電部１２は内部に、移動体に積載された発電機Ｇを有しており、移動体が移動時に常時、発電を行う。電源システム１１は、発電部１２からの交流の発電電力を直流に変換するＡＣＤＣ変換部２１と、ＡＣＤＣ変換部２１において変換された直流電力を蓄える１次電力貯蔵部２２と、１次電力貯蔵部にて蓄えられた電力を受けて更に蓄える主電力貯蔵部、具体的には超電導エネルギー貯蔵装置（以下、ＳＭＥＳという）２３と、１次電力貯蔵部２２からＳＭＥＳ２３への充電の切替えとＳＭＥＳ２３から電力を負荷１４への放電を切り換える充放電切替部２４と、これら各部のエネルギーの管理制御を行うエネルギー管理制御部２７と、を有する。ここでは、１次電力貯蔵部には、蓄電池（２次電池）としてリチウムイオン蓄電池を適用した。
【００１２】
充放電切替部２４から出力される電力はパルス電力制御部１３でパルス状の高出力電力とされて負荷１４に供給される。
【００１３】
ＳＭＥＳは、極低温において電気抵抗がゼロとなる超電導線材を巻線とした超電導コイルで閉回路を構成するものである。極低温下でこの超電導コイルに通電すると、電流の減衰時定数が無限大となって、閉回路内を電流が流れ続け一定の磁界を発生するので、磁気エネルギーとして電力を貯蔵することができる。
【００１４】
ＳＭＥＳは、エネルギー密度が高く高い貯蔵効率を有しその割に比較的小型化が可能であり、しかも充放電速度がきわめて速いことから短時間に大出力を必要とするところに使われる。
【００１５】
ここでも、短時間、例えば数ミリ秒の間に大出力、数十から数百ＭＪオーダーの出力を必要とするので、ＳＭＥＳが用いられている。ただし、移動体の電力供給が限られた環境では、通常、短時間に十分な充電が困難である。しかも、高エネルギー出力を短時間に繰り返して行う場合にはその間隔においても十分な電力貯蔵が必要である。
【００１６】
移動体では電力源はエンジン発電機による限られた電力供給のみであり、一度に高出力に対応する電力を貯蔵することが困難なために、この実施形態では、電力貯蔵部を、１次電力貯蔵部と主電力貯蔵部の２段階に分ける。そして蓄電電力を平準化して電力貯蔵を行い、必要時に負荷側へ瞬時高出力エネルギーに放出を行う。
【００１７】
発電部１２の発電機Ｇで発生した交流電力をＡＣＤＣ変換部２１にて直流に変換した後、一旦、１次電力貯蔵部２２に貯蔵する。
【００１８】
ＳＭＥＳ２３は、複数、例えば数十から数百個のトロイドコイルＴＤが輪環状に配設された構造を有する。そして各トロイドコイルＴＤは導線が巻回された構造を有しており、各々、１次電力貯蔵部２２の各充電池（蓄電池即ち２次電池）に接続される。
【００１９】
各トロイドコイルＴＤは極低温において電気抵抗がゼロとなる超電導線材を巻線とした超電導コイルである。したがって、これらのトロイドコイルは極低温に保持される。コイル本体、接続導体、電流コイルの冷却は冷凍機からの電導冷却を用いた。トロイドコイルＴＤは、複数個で１つの単位とし、この単位で交換などできるようにした。
【００２０】
各トロイドコイルＴＤと１次電力貯蔵部２２内の２次電池２Ｂの関係を図３に示す。トロイドコイルＴＤが互いに隣接して輪環状に配設されＳＭＥＳ２３を構成している。１次電力貯蔵部２２内には複数の２次電池２Ｂが内蔵されている。ＳＭＥＳ２３の各トロイダルコイルＴＤに対しそれぞれ２次電池２Ｂが１つ接続する。
【００２１】
これらの２次電池２Ｂには、発電機Ｇで発生した交流電力がＡＣＤＣ変換部２１で直流電力に変換されて蓄電される。１次電力貯蔵部２２内の２次電池としては例えばリチウムイオン蓄電池を用いる。
【００２２】
これらのＡＣＤＣ変換部２１、１次電力貯蔵部２２により交流から直流電力への変換、蓄電は、エネルギー管理制御部２７の制御の下になされる。
【００２３】
次にこのような構造の電源システムから断続的に高出力電力を負荷に供給する実施形態の動作を、充電電力と放電電力を模式的に示す図４に基づいて説明する。同図において、縦軸マイナス方向に充電（発電、蓄電）電力を示し、縦軸プラス方向に負荷への放出電力を示す。
【００２４】
発電部１２の発電機Ｇにより発生する発電電力ＧＰは一定である。この発電電力ＧＰは、ＡＣＤＣ変換部２１により直流に変えられて１次電力貯蔵部２２に貯蔵される。発電電力ＧＰの一部は、移動体そのものの移動や移動体内部の他の負荷（機材）の運用に消費されるが、ここでは示していない。
【００２５】
発電機Ｇにより常時生ずる発電電力ＧＰは、ＡＣＤＣ変換部２１で交流から直流に変換され、１次電力貯蔵部を構成する各２次電池２Ｂに供給され充電される。この蓄電電力ＳＢは、最初は小さくても、発電機Ｇから十分電力の供給を受けると、最大値で一定となる。蓄電電力ＳＢは、細かくは発電機Ｇからの充電状態と主電力貯蔵部への電力供給の状態により変動するがここでは一定として示している。
【００２６】
この１次電力貯蔵部２２で貯蔵された電力は、充放電切替部２４を介して、主電力貯蔵部であるＳＭＥＳ２３の各トロイドコイルＴＤに供給される（充電ＳＢ１）。
【００２７】
このような充電電力状態で、放出指示があると、ＳＭＥＳ２３から負荷１４に電源システム１１から電力が供給される。この電力供給はパルス電力制御部１３の制御の下になされる。負荷１４には、図４のＰ１に示すようにパルス高電力出力Ｐ１が供給される。パルス高電力出力は例えば、数百ＭＷから数千ＭＷオーダー（程度）の高電力出力である。
【００２８】
このようなパルス高電力が負荷１４に所定の短い時間Ｔ１をおいて繰り返し放出される。この短時間Ｔ１の間にも、発電機Ｇから１次電力貯蔵部２２への電力充電がなされ、１次電力貯蔵部２２から充放電切替部２４を介してＳＭＥＳ２３への充電がなされる。充電ＳＢ２は、１次電力貯蔵部２２から充放電切替部２４を介してＳＭＥＳ２３への充電を示す。時間Ｔ１の後に再び、ＳＭＥＳ２３から負荷へ高出力電力が供給され、その後、１次電力貯蔵部２２からＳＭＥＳ２３に充電される。
【００２９】
同様にして、常時、発電機Ｇから１次電力貯蔵部２２への充電がなされ、１次電力貯蔵部２２からＳＭＥＳ２３に電力充電がされる。ＳＭＥＳ２３から負荷１４へ高出力電力が供給された後、一次電力貯蔵部からＳＭＥＳ２３に電力給電がなされる。
【００３０】
このようにして、一定数、例えば１０個のパルス高出力電力が負荷１４に供給された後、上記時間Ｔ１よりも長い所定時間Ｔ２だけ休止し、再び所定数のパルス高出力電力が負荷１４に供給される（ＳＢ１１）。この所定時間Ｔ２にも１次電力貯蔵部２２からＳＭＥＳ２３への電力供給がなされる。このようにすれば、所定時間Ｔ２の間に１次電力貯蔵部から主電力貯蔵部に十分な電力貯蔵を行うことができ、その後、高電力出力を負荷に供給することができる。
【００３１】
そして一連の高出力電力の負荷への供給が、複数回行われて電力供給が完了する。
【００３２】
上記実施形態では、複数のトロイドコイルＴＤが輪環状に配設された構造を有するＳＭＥＳ（超電導エネルギー貯蔵装置）を用いる場合について述べた。しかし、本発明は、このような構造の超電導エネルギー貯蔵装置に限られず他の構造を有するものであってもよい。
【００３３】
上記実施形態では、１次電力貯蔵部２２内の２次電池としては例えばリチウムイオン蓄電池を用いる例について説明したが、他の種類の蓄電池を用いてもよい。
【００３４】
上記実施形態では、一連の高出力電力が負荷へ供給された後、一定時間経過後再び一連の高出力電力供給がなされていた。このように主電力貯蔵部から負荷に供給する出力は、連続する複数のパルス状の高電力出力が、所定時間をおいて複数回繰り返されるようにすると、この時間内に十分電力の貯蔵が可能となるので、途中で負荷への電力の供給が不足するような場合にも、十分高電力出力が可能となる利点がある。しかし、本発明は、負荷へ高出力電力が連続してなされるようにしてもよい。
【００３５】
この実施形態では、電力貯蔵部は１次電力貯蔵部と、主電力貯蔵部の２つに分けられ、移動体に必要な発電機からまず１次電力貯蔵部に電力を貯蔵し、この１次電力貯蔵部に貯蔵された電力を主電力貯蔵部に貯蔵するようにしている。したがって、負荷に十分な高電力出力を供給することが可能である。特に、主電力貯蔵部として、超電導エネルギー貯蔵装置を用いる場合には、コンパクトで繰り返し高電力を出力することが可能である。
【００３６】
以上述べたように、この実施形態によれば、移動体など電力供給が限られた環境で、瞬時的に高出力が繰り返し必要な場合にも、十分な高出力の電力を供給することが可能な、電源システムが得られる。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１１・・・・電源システム
１２・・・・発電部
１３・・・・パルス電力制御部
１４・・・・負荷
２１・・・・ＡＣＤＣ変換部
２２・・・・１次電力貯蔵部
２３・・・・超電導エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）
２４・・・・充放電切替部
【図１】
2016093003.tif 000003
【図２】
2016093003.tif 000004
【図３】
2016093003.tif 000005
【図４】
2016093003.tif 000006