(57)【要約】  本発明が解決しようとする課題は、専用の充電制御装置を用いることなく安価で汎用性のある手段で電池容量一杯まで充電することが可能な二次電池を用いて直流電力システムを構築することにある。また、フローティング充電による電池寿命を犠牲にすることがない二次電池の利用方法を提供する。本発明に係る直流電力システムは、直流電力系統に直接接続されたフローティング充電可能な親電池と、充電を調節する装置を介さずに親電池に接続された子電池をと備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力系統に充電を調節する装置を介さずに接続されたフローティング充電可能な親電池と、充電を調節する装置を介さずに前記親電池に接続された子電池と、を備えた直流電力システム。
【請求項２】
前記親電池に設けた中間タップに前記子電池が接続された請求項１に記載の直流電力システム。
【請求項３】
前記子電池がフローティング充電可能である請求項２に記載の直流電力システム。
【請求項４】
前記子電池が移動体、民生用機器または産業用機器のいずれか１に取り付けられた二次電池である請求項２または３に記載に記載の直流電力システム。
【請求項５】
前記移動体が電気自動車、鉄道車両、フォークリフトまたはクレーンのいずれか１である請求項４に記載の直流電力システム。
【請求項６】
水電解装置および燃料電池のいずれか一方もしくは双方と前記親電池とが前記直流電力系統に並列に接続された請求項１〜５のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項７】
前記直流電力系統に電気鉄道のき電系統が接続されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項８】
前記子電池がＤＣＤＣコンバータを介して前記直流電力系統に接続された請求項１〜７のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項９】
交流電力系統と前記直流電力系統とが双方向インバータで接続された請求項１〜８のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項１０】
前記親電池は水素が封入され負極活物質を水素とする二次電池であって、端子電圧が充電電圧と等しくなり充電電流が流れなくなるまで充電することが可能である請求項１〜８のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力システムに関し、詳しくは、フローティング充電が可能な蓄電設備を用いて、電力の融通性を高める直流電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統における電力供給を補完するものとして、分散型電源、マイクログリッド、再生可能エネルギーへの関心が高まっている。このなかでも、地球温暖化防止に向けたＣＯ２削減など環境保全意識の高まりを背景に、太陽光発電や、風力発電等の自然エネルギーを利用した発電システムの普及が拡大しつつある。【０００３】
自然エネルギーを利用した発電システムは、発生電力が自然現象により左右されやすく、電力系統の需給調整の外乱要因となる。これを補完するものとして、風力発電等の発電システムに蓄電池を接続して、需給調整を行うことが提案されている。【０００４】
自然エネルギーを利用した発電所の他、電気鉄道の給電所やＮＡＳ電池を電源とする直流電力系統が提案されている（例えば、特許文献１）。ここに、電気鉄道においては加速時に直流電力を消費するが減速時に回生電力として回収が可能であるという特徴を有する。ＮＡＳ電池は需要の少ない夜間電力を用いて蓄電して需給調整を行うところに特徴を有する。【０００５】
電源系統の安定度の確保のため電力供給の即応性が要求される用途には、二次電池が適している。このような用途に用いられる二次電池はフローティング充電が可能であることが望ましい。これは、電力不足が生じたときに二次電池が放電して即時に電力を供給することが可能であり、電力不足が解消したときに二次電池を充電して満充電状態を維持する必要性があるからである。【０００６】
特許文献２に、複数のアルカリ系二次電池を互いに接続した組電池の内部圧力を測定して、測定した内部圧力に基づき組電池の充電制御を行うことにより、フローティング充電を可能にする充電方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１７１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−４０２９７号公報
【特許文献３】特開２０１３−１１８７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、二次電池は満充電して使用されない。満充電するとサイクル寿命は短くなり、まして過充電すれば著しく寿命を短くするからである。二次電池の容量一杯まで充電すれば、二次電池への負担が大きく、二次電池の寿命を縮めることになってしまうので、二次電池の充電上限値と放電下限値を定めこの範囲で充電制御を行えば、容量一杯まで充電する構成に比べて、二次電池に負担をかけることなく充電を行いつつ二次電池の寿命を伸ばすことができる（例えば、特許文献３）。【０００９】
結局、二次電池の充電において、電池寿命を考慮して、満充電の手前で充電を停止することが一般的に広く行われる。したがって、フローティング充電して利用される二次電池においても、特許文献３に記載のような充電制御を行うことにより、電池寿命特性を犠牲にすることがなく満充電に近い状態を維持しながら二次電池の使用を可能にしている。しかし、このような充電方法は二次電池の有する充電容量を十分に利用しないという課題がある。【００１０】
更に、二次電池の充電において満充電の手前で充電を停止するためには、電池の仕様および用途に合わせた制御装置を必要とし、そのような装置は汎用性がなく高価となる。【００１１】
自然エネルギーを利用した発電所からの電力を二次電池に保存して電力調整を行うシステムが提案されているが、二次電池の容量を超える電力は受け入れることができず自然エネルギーを有効に利用することができない。更に、充電状態にある電池を利用してデマンドレスポンスや瞬低を防ぎ電力回生を行うには専用のプログラムやプロトコル等の制御装置を必要としている。【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、充電制御の必要がない二次電池を用いて、直流電力システムを構築することにある。また、フローティング充電による電池寿命を犠牲にすることがない二次電池の利用方法を提供する。更に、余剰電力を無駄なく利用する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記した目的を達成するために、本発明に係る直流電力システムは、直流電力系統に充電を調節する装置を介さずに接続されたフローティング充電可能な親電池と、充電を調節する装置を介さずに前記親電池に接続された子電池とを備えている。【００１４】
この構成において、前記直流電力系統と前記親電池とが充電を調節する装置を介することなく直接接続されている。また、前記子電池も充電を調節する装置を介することなく前記親電池に接続されている。【００１５】
フローティング充電とは、充電状態にある電池が、放電により消費した電気をその都度充電により補うことをいう。すなわち、二次電池には負荷となる機器もしくは設備と、充電を行う電源が接続されていて、二次電池の使用により減少した電気量分を電源からの充電により補充する。これにより、二次電池は、ほぼ満充電状態を維持することができ、負荷からの要求に即応することができる。したがって、直流電力系統に直接接続されたフローティング充電可能な親電池は、充電器に接続されていても特別な制御装置を必要とせずに満充電状態を維持する。【００１６】
本発明に係る直流電力システムは、前記親電池に設けた中間タップに前記子電池が接続されている。また、前記子電池が電気自動車に搭載された二次電池である。ここに、親電池を構成するセルの接続点を中間タップとして取り出すことが可能になっている。また、本発明に係る直流電力システムは、前記子電池がフローティング充電可能である。【００１７】
本発明に係る直流電力システムは、前記子電池が移動体、民生用機器または産業用機器のいずれか１に取り付けられた二次電池である。また、本発明に係る直流電力システムは、前記移動体が電気自動車、鉄道車両、フォークリフトまたはクレーンのいずれか１である。【００１８】
本発明に係る直流電力システムは、水電解装置および燃料電池のいずれか一方もしくは双方と前記親電池とが前記直流電力系統に並列に接続されている。更に、本発明に係る直流電力システムは、前記直流電力系統に電気鉄道のき電系統が接続されている。【００１９】
本発明に係る直流電力システムは、前記子電池がＤＣＤＣコンバータを介して前記直流電力系統に接続されている。また、本発明に係る直流電力システムは、交流電力系統と前記直流電力系統とが双方向インバータで接続されている。【００２０】
本発明に係る直流電力システムは、前記親電池は水素が封入され負極活物質を水素とする二次電池であって、端子電圧が充電電圧と等しくなり充電電流が流れなくなるまで充電することが可能である。【００２１】
この構成において、水素を封入した二次電池は、満充電に近づけば充電電流が減少し、ついには電池電位が充電電圧と等しくなるので二次電池が損傷することなく満充電状態を維持することができる。満充電状態を維持することが要求される用途に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
上記の直流電力システムによれば、フローティング充電が可能な蓄電設備を用いて、直流電力システムを構成することにより、電力の融通性を高めると共に電気自動車に搭載の二次電池の有効利用を図る直流電力システムを提供する。また、充電制御する必要がない安価で汎用性のある二次電池の充電システムを構築することができる。更に、フローティング充電による電池寿命を犠牲にすることがない二次電池の利用方法を提供する。これらにより、安価で汎用性のある二次電池の利用技術を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】直流電力システムの構成を説明するための系統図である。
【図２】図１の直流電力システムの変形例を説明するための系統図である。
【図３】図２における親電池と子電池との接続を説明するための系統図である。
【図４】図１の直流電力システムの別の変形例を説明するための系統図である。
【図５】双方向インバータの制御特性の例を示す図である。
【図６Ａ】水素ガスを封入した二次電池の電圧と蓄電量の関係を示すグラフである。
【図６Ｂ】水電解装置の電圧と電力の関係を示すグラフである。
【図６Ｃ】燃料電池の電圧と電力の関係を示すグラフである。
【図７】二次電池と水電解装置と燃料電池を統合したときの電圧と電力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る一実施形態を説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
本発明の一実施形態について説明するのに先立ち、本発明が適用される二次電池としてニッケル水素電池を例に取り説明する。なお、二次電池のタイプは負極活物質が水素であればよくニッケル水素電池に限定されるものでない。
【００２６】
集電体は、電気伝導性が高く、保持した電極材料に通電し得る材料であれば特に限定されない。負極集電体は、電解液中の安定性と耐還元性の観点からＮｉが好ましい。なお、鉄にニッケルやカーボンを被覆したものを用いてもよい。正極集電体は、電解液中の安定性と耐酸化性の観点からＮｉが好ましい。
【００２７】
集電体の形状としては、線状、棒状、板状、箔状、網状、織布、不織布、エキスパンド、多孔体、エンボス体又は発泡体があり、このうち充填密度を高めることができること、出力特性が良好なことから、エンボス体又は発泡体が好ましい。
【００２８】
負極材料としては、水素吸蔵合金、白金、パラジウムがあげられる。このうち、水素吸蔵容量、充放電特性、自己放電特性およびサイクル寿命特性の観点から、ＡＢ５型の希土類−ニッケル合金である、ＭｍＮｉＣｏＭｎＡｌのミッシュメタルを含んだ５元系合金であることが好ましい。あるいは、超格子水素吸蔵合金といわれるＬａＭｇＮｉ系であることが好ましい。なお、これら合金は１種又は２種以上を用いてもよい。正極材料は、酸化金属が好ましい。例えば、酸化銀、二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケルがあげられる。
【００２９】
導電助剤は、活物質に導電性を付与し、その利用率を高めるためのものである。導電助剤は、放電時に電解液に溶出することなく、かつ、水素で還元されにくい炭素材料であることが好ましい。正極に用いる導電助剤はグラファイト化したソフトカーボンがより好ましい。
【００３０】
負極材料、結着剤、および、導電助剤を混合してペースト状に混練する。このペーストを、集電体に塗布または充填し、乾燥させる。その後、ローラープレスで集電体を圧延することにより、負極を作製する。同様に、正極材料、結着剤、および、導電助剤を混合してペースト状に混練する。このペーストを、集電体に塗布または充填し、乾燥させる。その後、ローラープレスで集電体を圧延することにより、正極を作製する。
【００３１】
結着剤としては、例えば、ポリアクリル酸ソーダ、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−ビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素系樹脂、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）が挙げられる。
【００３２】
また、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を使用してもよい。ＰＴＦＥは、水素により還元されにくく、水素雰囲気中で長期間使用しても劣化が進みにくく、長寿命が期待できる。
【００３３】
負極材料、結着剤、および、導電助剤の合計を１００質量％とした場合、負極に配合される結着剤の質量比は、２０質量％以下に設定するのが好ましく、１０質量％以下に設定するのがより好ましく、５質量％以下に設定するのがさらに好ましい。結着剤は電子伝導性とイオン伝導性に乏しく、結着剤の割合が２０質量％を超えると高容量化を図ることが困難になる。正極材料、結着剤、および、導電助剤の合計を１００質量％とした場合、正極に配合される結着剤の質量比は、２０質量％以下に設定するのが好ましく、１０質量％以下に設定するのがより好ましく、５質量％以下に設定するのがさらに好ましい。
【００３４】
電解液は、水素を活物質とする電池で用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの塩を水に溶かしたものが好適である。電池の出力特性の観点から、電解液は水酸化ナトリウム水溶液であることが好ましい。
【００３５】
セパレータとしては、水素を活物質とする電池に用いられる公知のものが使用できる。セパレータの形状としては、微多孔膜、織布、不織布、圧粉体が挙げられ、このうち、出力特性と作製コストの観点から不織布が好ましい。セパレータの材質としては、特に限定されないが、耐アルカリ性、耐酸化性、耐還元性を有することが好ましい。具体的にはポリオレフィン系繊維が好ましく、例えば、ポリプロピレンもしくはポリエチレンが好ましい。この他に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド、ポリアミドイミド、アラミドの材料が挙げられる。また、これらのセパレータにセラミックスを被覆し、耐熱性、親液性、ガス透過性を向上させてもよい。
【００３６】
ポリオレフィン系繊維は疎水性であるので、親水処理する必要がある。水素ガス雰囲気中で使用する場合は、フッ素ガス処理を施したセパレータが好ましい。また、金属酸化物を表面に塗布もしくは被覆したセパレータが好ましい。
【００３７】
フッ素ガス処理もしくは金属酸化物の塗布により、親水性を付与したセパレータは、水素ガス中で使用しても、水素により親水性が失われにくく、長寿命が期待できる。
フッ素ガス処理は、例えば、不活性ガスで希釈したフッ素ガスに、気密空間の中で不織布をさらすことにより不織布の繊維表面を親水化することができる。また、金属酸化物としては例えば、チタン酸化物、ジルコニア、酸化イットリウム、ハフニウム酸化物、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化スカンジウムが挙げられる。このうち、ジルコニア（ＺｒＯ２）もしくは酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が好ましい。金属酸化物は親水性を有しており、かつ、水素により劣化しにくいので長期にわたって親水性を保持し、電解液のドライアウトを抑制することが可能である。
【００３８】
負極と正極を、予め電解液を含浸させたセパレータを介して重ね合わせて電池の外装体に収納した後に、密閉して電池を組立てる。電池の組立完了後に、電解液および水素ガスの供給口から真空引きして、電池内部の空気を排除する。次に、４ＭＰａの水素ガスタンクを水素ガスの供給口に接続して、電池内部に水素ガスを封入する。この時点で、負極は水素ガスにより化学的に充電されて満充電の状態となる。好ましくは、電池としては正極規制とされている。
【００３９】
電池に供給された水素ガスは、電池内部の隙間に保持されるので、水素貯蔵室のような特別な空間を必要としない。水素ガスを保持するために電池の寸法は大きくならない。そして、正極で発生する酸素ガスは、直ちに正極の空隙に保持されている水素ガスと結合して水となるので、正極に含まれる導電助剤が酸化されることはない。また、正極外に漏れだした酸素ガスは、電池に封入された水素ガスおよび水素吸蔵合金に保持された水素ガスと結合するので、水素吸蔵合金は酸化されることがない。
【００４０】
二次電池において、充電反応自体が発熱反応であるので、定電圧制御下で継続的に充電して満充電の状態を保とうとすると、過充電による電池温度の上昇→電池内部抵抗の低下→充電電流の増加→電池温度のさらなる上昇、という悪循環を引き起こし、電池内部圧力の上昇や電池性能の劣化につながる。したがって、二次電池を、常に満充電状態に維持されることが要求される用途に適用するに際しては、過充電とならないよう十分な配慮をするか、もしくは、過充電とならないように充電制御を行うことが必要とされる。
【００４１】
本発明の水素を封入した電池によれば、フローティング充電を行えば、負極から水素ガスが発生し、充電が進むにつれて、発生水素ガス量が増えて電池内部の水素ガス濃度は上昇する。ネルンストの式によれば電池内部の水素ガス濃度の上昇につれて負極の電位は低下する。この結果電池の端子電圧が緩やかに上昇し、ついには充電電圧と等しくなる。すなわち充電が進めば電池電位が上昇して充電電圧と等しくなれば充電電流は流れなくなり、事実上、充電は停止する。ここに、負極から発生した水素ガスは化学エネルギーとして電池内に蓄えられる。
【００４２】
以上より、本発明の二次電池は充電量を制限する手段を講ずることなく、フローティング充電を行うことができる。これにより、当該二次電池は電池寿命を犠牲にすることなく、常に満充電状態を維持することが可能となっている。これは、水素を封入した電池の第１の特徴といえる。
【００４３】
水素を封入した電池の第２の特徴は、充電を終了した電圧から放電が開始していることである。すなわち、充電終了時の電圧から放電が開始している。もっとも、充電から放電に切り替わる際に、酸化還元反応の切り替わりに起因する電圧の低下がみられることはあるがその程度はわずかである。
【００４４】
ここに充電終了時とは正確には充電を単に停止した時のことでないことに留意しなければならない。充電終了時とは、寿命を犠牲にしない限度で出来るだけ多く充電をし終えた時であって、本発明に係る二次電池では、充電電流が流れなくなって充電が終了する。実際には満充電に近づくにつれ微小電流が流れ続けるので充電電流がゼロになるには時間を要す。また、放電開始電圧とは、充電を終了した電池のそのままの状態における放電開始時の電圧である。したがって、その電池は、使用による放電や自然放電する前の状態である。
【００４５】
図１を用いて本発明に係る直流電力システムについて説明する。図１は直流電力システムの概略構成を示す系統図である。交流電力系統１１は双方向インバータ１２を介して直流電力系統２１に接続されている。交流電力系統１１には多数の需要家１３が接続されていて、各需要家１３に交流電力が供給可能になっている。直流電力系統２１には蓄電設備２２、水電解装置２５、燃料電池２６およびＢＰＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）２７が接続されていて、親電池である蓄電設備２２には多数の子電池２３が接続されている。
【００４６】
双方向インバータ１２は、例えば、図５に示すような制御特性を有していて、電力の向きと特性が変更可能になっている。動作電圧が基準電圧Ｖ０より大きいとき順変換して交流電力から直流電力に変換して、基準電圧Ｖ０より小さいとき逆変換して直流電力から交流電力に変換する。基準電圧Ｖ０は変更可能な設定値であってもよく、別途定める制御変数を用いて調節してもよい。双方向インバータ１２の制御特性はパラメータを調節することにより変更することが可能である。
【００４７】
例えば、交流電力系統１１の電圧が所定の値より大きく、直流電力系統２１の電圧が所定の値より小さいときに、双方向インバータ１２の制御特性に従って自動的に交流電力系統１１から直流電力系統２１に送電して電力の融通、調節を行うことが可能であるし、この逆も可能である。
【００４８】
直流電力系統２１とフローティング充電可能な蓄電設備２２とは直接接続されている。ここに直接接続されているとは、充電を調節する装置を介さずに接続されていることである。一般に、二次電池は過充電すると著しく寿命特性が悪くなるので、満充電の手前で充電を停止する制御を行っている。蓄電設備２２はフローティング充電が可能であるのでこのような制御装置を必要としない。
【００４９】
蓄電設備２２は、水素吸蔵合金を負極材料とし、水素を負極活物質とする二次電池であってもよい。このような二次電池の実施例として、水素ガスを封入したニッケル水素電池が挙げられる。かかる二次電池であれば、端子電圧が充電電圧と等しくなり充電電流が流れなくなるまで充電することが可能である。このとき、充電終了時の電圧と放電開始時の電圧が等しい。電池寿命を犠牲にすることなく常に満充電状態を維持することが可能である。
【００５０】
蓄電設備２２はいわゆる「親電池」であり、親電池２２に「子電池」が接続されている。子電池２３は直接直流電力系統２１に接続されていてもよい。ここに、子電池２３はフローティング充電が可能な二次電池である。子電池２３は充電を調節する装置を介さずに直接直流電力系統２１および親電池２２に接続されていてもよい。更に、子電池２３が前述したような水素ガスを封入したニッケル水素電池であれば、電池寿命を犠牲にすることなく常に満充電状態を維持することが可能である。
【００５１】
蓄電設備２２から子電池２３への充電は内部抵抗の小さな二次電池同士の接続であるので、従来の充電スタンドにおける交流電力による充電よりも短い時間で充電することが可能である。また、蓄電設備２２が満充電状態を維持しているので、子電池２３も満充電されている。
【００５２】
図２に示すように蓄電設備２２の一部と子電池２３とが並列に接続されていてもよい。蓄電設備２２に設けた複数の中間タップｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔｃと子電池２３ａ、２３ｂ，２３ｃとの接続例を図３に示す。すなわち、蓄電設備２２に設けられた中間タップｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔｃにより、種々の仕様の直流電力が取り出し可能となっている。多数のセルを直列に接続した中間タップからはより高電圧の電力を取り出すことができる。多数のセルを並列に接続した中間タップからは高容量の電力を取り出すことができる。これらの中間タップと子電池２３とを並列に接続すれば子電池２３の充電が可能となる。
【００５３】
多数のセルから構成される蓄電設備２２において、直列に接続されたセル間を中間タップとして取り出せば、好みの電圧仕様の直流電源を構成することができる。直列に接続されかつ並列に接続されたセル間を中間タップとして取り出せば、好みの容量を持つ直流電源を構成することができる。中間タップを適宜選定することにより、子電池２３の仕様および用途に応じた子電池２３の充電が可能となる。
【００５４】
子電池２３の例として、具体的には電気自動車に搭載の電池が考えられるが、鉄道車両、フォークリフトおよびガントリークレーン等の移動体に搭載された電池であってもよい。さらに、子電池２３は民生用機器および産業用機器のいずれか１に取り付けられた二次電池であってもよい。民生用機器としてはパーソナルコンピュータ、電話設備、掃除機等が挙げられる。産業用機器として産業用ロボット、荷役機械等が挙げられる。
【００５５】
直流電力系統２１の負荷が増加して直流電力系統２１の電圧が低下して蓄電設備２２の電圧より下がれば、蓄電設備２２から直流電力系統２１に電力が供給される。この電力の流れは電圧の大小により定まり特別な制御装置を必要としない。すなわち、直流電力系統２１と蓄電設備２２は直接接続されていることに特徴を有する。蓄電設備２２はフローティング充電可能な二次電池であるので電池寿命を犠牲にすることなく満充電状態を維持する。
【００５６】
例えば、子電池２３が電気自動車に搭載された電池である場合、電気自動車の台数は多大であるので子電池２３の全体の電力容量は膨大なものとなる。直流電力系統２１に電力の不足が生じたとき、速やかにこの子電池２３の電力の一部が有効に活用されて直流電力系統２１の安定に資することができる。親電池２２と子電池２３は充電を調節する装置なしに接続されるので、制御の遅れなしに電力の融通を図ることが可能である。
【００５７】
蓄電設備２２と子電池２３とは、図４に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ２４を介して接続されていてもよい。双方向ＤＣＤＣコンバータ２４を用いれば子電池２３の電圧仕様と直流電力系統２１の電圧の適合を図ることができる。
【００５８】
直流電力系統２１に設けられた自然エネルギーを利用した発電所（図示せず）からの余剰電力を蓄電設備２２に蓄えることができる。また、直流電力系統２１に電力不足が生じて電圧が降下すれば、蓄電設備２２から電力を補給することができる。
【００５９】
直流電力系統２１の電力に余剰が生じたとき、水電解装置２５を用いて水電解を行うことにより燃料ガスとして蓄えることができるので、余剰電力を有効に活用することを可能にする。燃料電池２６は、直流電力系統２１の電力に不足が生じたとき、酸素および水素の燃料ガスを用いて発電して電力不足を補うことを可能にする。
【００６０】
図６Ａは、横軸に電圧をとり縦軸に蓄電量をとったときの水素ガスを封入した蓄電設備２２の特性の一例を示すグラフである。図６Ｂは、横軸に電圧をとり縦軸に電力をとったときの水電解装置２５の特性を示すグラフである。図６Ｃは、横軸に電圧をとり縦軸に電力をとったときの燃料電池２６の発電特性を示すグラフである。図７は、蓄電設備２２と水電解装置２５と燃料電池２６を統合したときの電圧と電力の関係を示すグラフである。
【００６１】
直流電力系統２１の電圧が低下したときは、蓄電設備２２と燃料電池２６からの電力が直流電力系統２１に供給される。逆に、直流電力系統２１の規定の電圧より大きいとき蓄電設備２２は充電され水電解装置２５は燃料ガスを発生し余剰電力を貯蔵する。
【００６２】
蓄電設備２２、水電解装置２５および燃料電池２６を有する直流電力系統２１は図７に示すように直流電力系統２１の電圧に応じて作動して、直流電力系統２１における需給調整を自動的に行う。
【００６３】
ＢＰＳ２７は例えば電気鉄道のき電システムが挙げられる。電車２８に直流電力を供給すると共に、電車２８からの回生電力の回収を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
フローティング充電可能な蓄電設備を備えた直流電力システムは、直流電力系統を好適に構成することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１１  交流電力系統
１２  双方向インバータ
１３  需要家
２１  直流電力系統
２２  蓄電設備（親電池）
２３  子電池
２４  双方向ＤＣＤＣコンバータ
２５  水電解装置
２６  燃料電池
２７  ＢＰＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）
２８  電車
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年2月12日(2021.2.12)
【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】
直流電力系統に充電を調節する装置を介さずに接続されたフローティング充電可能な親電池と、充電を調節する装置を介さずに前記親電池に接続された子電池とを備え、前記親電池は水素が封入され負極活物質を水素とする二次電池であって、端子電圧が充電電圧と等しくなり充電電流が流れなくなるまで充電することが可能である直流電力システム。
【請求項２】
前記親電池に設けた中間タップに前記子電池が接続された請求項１に記載の直流電力システム。
【請求項３】
前記子電池がフローティング充電可能である請求項２に記載の直流電力システム。
【請求項４】
前記子電池が移動体、民生用機器または産業用機器のいずれか１に取り付けられた二次電池である請求項２または３に記載に記載の直流電力システム。
【請求項５】
前記移動体が電気自動車、鉄道車両、フォークリフトまたはクレーンのいずれか１である請求項４に記載の直流電力システム。
【請求項６】
水電解装置および燃料電池のいずれか一方もしくは双方と前記親電池とが前記直流電力系統に並列に接続された請求項１〜５のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項７】
前記直流電力系統に電気鉄道のき電系統が接続されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項８】
前記子電池がＤＣＤＣコンバータを介して前記直流電力系統に接続された請求項１〜７のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項９】
交流電力系統と前記直流電力系統とが双方向インバータで接続された請求項１〜８のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月16日(2021.6.16)
【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】
直流電力系統に充電を調節する装置を介さずに接続され満充電状態でフローティング充電可能な親電池と、充電を調節する装置を介さずに前記親電池に接続された子電池とを備えた直流電力システム。
【請求項２】
前記親電池及び／もしくは前記子電池から電圧の異なる複数の系統に給電が可能な請求項１に記載の直流電力システム。
【請求項３】
前記親電池に設けた中間タップに前記子電池が接続され、前記複数の系統が前記子電池から給電される請求項１または２に記載の直流電力システム。
【請求項４】
前記子電池が満充電状態でフローティング充電可能である請求項３に記載の直流電力システム。
【請求項５】
前記子電池が移動体、民生用機器または産業用機器のいずれか１に取り付けられた二次電池である請求項３または４に記載に記載の直流電力システム。
【請求項６】
前記移動体が電気自動車、鉄道車両、フォークリフトまたはクレーンのいずれか１である請求項５に記載の直流電力システム。
【請求項７】
水電解装置および燃料電池のいずれか一方もしくは双方と前記親電池とが前記直流電力系統に並列に接続された請求項１〜６のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項８】
前記直流電力系統に電気鉄道のき電系統が接続されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項９】
前記子電池がＤＣＤＣコンバータを介して前記直流電力系統に接続された請求項１〜８のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項１０】
交流電力系統と前記直流電力系統とが双方向インバータで接続された請求項１〜９のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【請求項１１】
前記親電池及び前記子電池は水素が封入され負極活物質を水素とする二次電池であって、満充電状態でフローティング充放電が可能である請求項１〜９のいずれか一項に記載の直流電力システム。
【国際調査報告】
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