特開 2022-123904 水素ステーション

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022123904

(43)【公開日】2022-08-25

(54)【発明の名称】水素ステーション

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/06 20060101AFI20220818BHJP

   F17C 13/02 20060101ALI20220818BHJP

   G06Q 50/06 20120101ALI20220818BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20220818BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20220818BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20220818BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20220818BHJP

【ＦＩ】

F17C5/06

F17C13/02 301Z

G06Q50/06

H02J3/00 180

H02J3/38 170

H01M8/00 Z

H01M8/00 A

H01M8/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021021364

(22)【出願日】2021-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】520119253

【氏名又は名称】吉原 和男

(72)【発明者】

【氏名】吉原 和男

【テーマコード（参考）】

3E172

5G066

5H127

5L049

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB13

3E172BB17

3E172BD05

3E172DA87

3E172EA15

3E172EA16

3E172EA25

3E172EA26

3E172EA35

5G066HB07

5H127AB01

5H127AB03

5H127AB04

5H127AB08

5H127AB29

5H127FF20

5L049CC06

(57)【要約】

【課題】
２０３０年以降のガソリン自動車の販売禁止が世界で目標に掲げられているが、バッテリー式の電気自動車による電動化が進むと自動車が排出するＣＯ２の削減は進むものの、発電設備と送電網への負担が増加するため、この影響が緩和される様にスマートグリッドが整備されなければならない。
【解決手段】
水素の貯蔵タンク、燃料電池による発電設備、自動車に水素と電力を供給する機能を備える水素ステーションと、前記水素ステーション及び車両とネットワークを介して情報をやり取りし、最適な配車を行う事で、水素ステーションの負荷を分散し、送電網への負担増を抑制するためのシステムを提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池が設置され、燃料電池で発電された電力を車両と、送電網に供給する機能を備え、
車両用に供給された電力と、送電網に供給された電力をそれぞれ個別に記録する
機能を備える事を特徴とする水素ステーション。

【請求項2】

車両の近隣に存在すると判断される水素ステーションへの到達時刻を予測する機能を備え、
車両の航続可能距離を予測する機能を備え、
前記水素ステーションへの到達予想時刻、車両の航続可能距離をもとに、立ち寄る事が推奨される水素ステーションを決定する
機能を備える事を特徴とする請求項１に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項3】

水素ステーションの水素充填能力、電力供給能力、
水素ステーションに割り当てられた車両群が必要とする水素量と電力量、車両の予想到着時間から、
水素の充填及び電気の充電が完了する時間を予測する機能を備え、
前記水素の充填及び電気の充電が完了する時間が一定時間を超える場合には、各車両の充填可能な水素量、もしくは充電可能な電力量を制限する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項4】

水素ステーションはカメラを備え、
カメラで撮影した車両のサイズから車両の種別を判定する機能を備え、
車両の種別に応じて、充填可能な水素量、もしくは充電可能な電力量を制限する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項5】

水素ステーションで充填可能な水素量もしくは、充電可能な電力量が制限されている場合には、
道路上の電光掲示板に、前記制限を表示する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項6】

日時、平日／祝祭日による水素ステーションの稼働状況を記録する機能を備え、
車両のナビゲーションシステムで目的地を設定すると、
到達予測時刻における水素ステーションの稼働状況と到達時の予測航続可能距離に応じて、
待ち時間が少ない水素ステーションを推奨する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項7】

ナビゲーションシステムに目的地を設定している際に、
推奨された水素ステーションにユーザーが立ち寄る事を承諾した場合、
優先的に水素ステーションの予約を割り当てる機能を備え、
車両が走行中も、立ち寄り予定の水素ステーションへの到達予測時刻を計算し、
前記到達予測時刻をもとに、水素ステーションへの車両の割当を調整する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項8】

送電網から水素ステーションに供給可能な電力量を取得し、
水素ステーションに割り当てられた車両群に必要となる電力量が、
送電網が供給可能な電力量と水素ステーションに設置された燃料電池により発電可能な電力量の合計値を超えると判断される場合、
燃料電池による発電を行い、発電した電気を水素ステーションに設置された蓄電池に充電する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項9】

車両が走行中に立ち寄る事を推奨する水素ステーションが決定、もしくは変更された場合、
車両に搭載されたナビゲーションシステムが、ユーザーに音声で水素ステーションへ立ち寄る事を推奨し、
ユーザーが音声で合意したら、水素ステーションへのナビゲーションを開始する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【請求項10】

車両が水素ステーションの位置座標で機関停止、
再始動後に水素の充填／電気の充電を確認した場合、
水素ステーションへの車両の割当を解除する
機能を備える事を特徴とする請求項２に記載の水素ステーションと管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用の水素ステーションを含むスマートグリッドにおいて、車両の電動化に伴う送電網への負担増と設備増強を抑制するためのものである。

【背景技術】

【0002】

水素ステーションを含むスマートグリッドに関する技術を提供（下記特許文献１）することが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１３６４３５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スマートグリッドでは、電力需要の多い地区の近郊に設置された太陽光発電や燃料電池が、郊外に設置された大規模発電施設から送電される電力を代替し送電網の整備に係る負担を減らす事、火力発電所で発電される電力を太陽光発電や燃料電池に置き換える事で、ＣＯ２排出量を削減する事が主な目的となるが、太陽光発電は天候による発電量の変動が大きいため、広大な乾燥地帯を有する国でなければ主要な発電設備として位置付ける事は出来ないため、例えば日本では、燃料電池が主要な発電ユニットとして有力視される事になるが、燃料電池をスマートグリッドの中核に据えたインフラを構想する場合、燃料電池による発電設備をどの様に整備するかが課題となる。

【0005】

また、２０３０年以降のガソリン自動車の販売禁止が世界で目標に掲げられているが、バッテリー式の電気自動車による電動化が進むと自動車が排出するＣＯ２の削減は進むものの、発電設備と送電網への負担が増加するため、この影響が緩和される様にスマートグリッドが整備されなければならない。

【0006】

このため、水素の貯蔵タンク、燃料電池による発電設備、自動車に水素と電力を供給する機能を備える水素ステーションと、前記水素ステーション及び車両とネットワークを介して情報をやり取りし、最適な配車を行う事で、水素ステーションの負荷を分散し、送電網への負担増を抑制するためのシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の水素ステーションには燃料電池が設置され、燃料電池で発電された電気を車両と、送電網に供給する機能を備え、車両用に供給された電力と、送電網に供給された電力をそれぞれ個別に記録する機能を備える。

【0008】

好適には、車両の近隣に存在すると判断される水素ステーションへの到達時刻を予測する機能と、車両の航続可能距離を予測する機能を備え、前記水素ステーションへの到達予想時刻、車両の航続可能距離をもとに、立ち寄る事が推奨される水素ステーションを決定する機能を備える。

【0009】

より好適には、水素ステーションの水素充填能力、電力供給能力、水素ステーションに割り当てられた車両群が必要とする水素量と電力量、車両の予想到着時間から、水素の充填及び電気の充電が完了する時間を予測する機能を備え、前記水素の充填及び電気の充電が完了する時間が一定時間を超える場合には、各車両が充填可能な水素量もしくは、充電可能な電力量を制限する機能を備える。

【0010】

より好適には、水素ステーションにはカメラが備えられ、カメラで撮影した車両のサイズから車両の種別を判定する機能を備え、車両の種別に応じて、充填可能な水素量もしくは、充電可能な電力量を制限する機能を備える。

【0011】

より好適には、水素ステーションで充填可能な水素量もしくは、充電可能な電力量が制限されている場合には、道路上の電光掲示板に、前記制限が表示される機能を備える。

【0012】

より好適には、日時、平日／祝祭日による水素ステーションの稼働状況を記録する機能を備え、車両のナビゲーションシステムで目的地を設定すると、到達予測時刻における水素ステーションの稼働状況と到達時の予測航続可能距離に応じて、待ち時間が少ない水素ステーションを推奨する機能を備える。

【0013】

より好適には、ナビゲーションシステムに目的地を設定している際に、推奨された水素ステーションにユーザーが立ち寄る事を承諾した場合、優先的に水素ステーションの予約を割り当てる機能を備え、車両が走行中にも適宜、立ち寄り予定の水素ステーションへの到達予測時刻を計算し、前記到達予測時刻をもとに、水素ステーションへの車両の割当を調整する機能を備える。

【0014】

より好適には、送電網から水素ステーションに供給可能な電力量を取得し、水素ステーションに割り当てられた車両群に必要となる電力量が、送電網が供給可能な電力量と水素ステーションに設置された燃料電池により発電可能な電力量の合計を超えると判断される場合には、燃料電池による発電を行い、発電した電気を水素ステーションに設置された蓄電池に充電する機能を備える。

【0015】

より好適には、車両が走行中に立ち寄る事を推奨する水素ステーションが決定、もしくは変更された場合、車両に搭載されたナビゲーションシステムが、ユーザーに音声で水素ステーションへ立ち寄る事を推奨し、ユーザーが音声で合意したら、水素ステーションへのナビゲーションを開始する機能を備える。

【0016】

より好適には、車両が水素ステーションの位置座標で機関を停止後、再始動した際に、水素の充填／電気の充電を確認した場合、水素ステーションへの車両の割当を解除する機能を備える。

【0017】

本発明に係る水素ステーションによれば、自動車の電動化に伴う、送電網への負担増及び設備の増強を抑えるにあたって好適である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施例に係る水素ステーションを説明するための概略図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る水素ステーションと管理システムについて、実施例にて図面を用いて説明する。
実施例では水素ステーションと記述しているが、自動車以外の電動車両、及びドローンの充電施設全般に適用可能である。
＜実施例＞

【0020】

図１は、水素ステーションとその管理システムを説明する概略図である。
水素ステーション１は、水素貯蔵機能８、水素充填機能９、燃料電池１０、電力供給機能（車両用）１１、電力供給機能（売電用）１２、蓄電池１３、カメラ１４、車両種別判別機能１５、充填／充電制御機能１６から構成され、管理システム２は、水素ステーション情報ＤＢ１７、車両情報ＤＢ１８、充填／充電完了時刻予測機能１９、車両管理機能２０、稼働状況予測機能２１、蓄電池利用判断機能２２から構成され、車両３は、ナビゲーション機能２３、航続可能距離予測機能２４、水素計２５、電力計２６から構成される。

【0021】

水素ステーション１には、水素貯蔵機能８と車両に水素を充填する水素充填機能９に加え、発電のための燃料電池１０、電力供給機能（車両用）１１が備えられる事が望ましい。
これは、バッテリー式の電気自動車の普及は、既存の送電網の負担を増大させ、場合によっては送電網の能力を増強する必要が出てくるが、水素ステーションに発電設備を設置する事で、送電網への負担を抑制するための措置となる。

【0022】

また、水素ステーション１に設置された燃料電池１０は、電力供給機能（売電用）１２を介して送電網に発電した電力を供給する機能を備え、電力供給機能（車両用）１１と、電力供給用機能（売電用）１２を介して提供された電力量は、個別に収集され記録される事が望ましい。
これは、水素ステーション１に設置された燃料電池１０で発電された電力を効率的に送電網４に送り、水素ステーション１へ立ち寄る車両３の配置を最適化する為には、必須の措置となる。

【0023】

管理システム２は水素ステーション１を識別する一意の識別子、位置座標、水素貯蔵量、水素の充填能力、電気の供給能力を、水素ステーションＤＢ１７に記録する。
ここで言う電気の供給能力とは、送電網８から供給される電力、燃料電池１０で発電される電力、蓄電池１３が放電可能な電力の合算値となる。

【0024】

車両３は、ナビゲーション機能２３により、近隣の水素ステーションへの到着時間を計算し、航続可能距離予測機能２４により、航続可能距離を予測、水素計２５もしくは電力計２６により、満充填／満充電に必要な水素量、電力量を取得し、管理システム２はネットワークを介して、車両の一意のＩＤ、近隣の水素ステーション、水素ステーションへの到着時刻、航続可能距離、満充填に必要な水素量／満充電に必要な電力量を取得し、車両情報ＤＢ１８に記録する。

【0025】

通常、車両に搭載されるナビゲーションシステムは、ユーザーが指定した目的地への到着時間を計算するが、前記ナビゲーション機能２３により実施される水素ステーションへの到着時間の予測は、ユーザーが指定せずとも、位置座標等から近隣の水素ステーションを判別し、自動的に到着時間を計算し、ユーザーが目的地を設定している場合には、目的地への到着予測とは並行で計算が行われる事が望ましい。

【0026】

管理システム２は、水素ステーション情報ＤＢ１７に記録された各水素ステーションの水素充填能力、電力供給量、車両情報ＤＢ１８に記録された各車両の航続可能距離、近隣の水素ステーション情報、水素ステーションへの予想到達時刻、満充填に必要な水素量／満充電に必要な電力量から、車両を水素ステーションへ割当て、充填／充電完了時刻予測機能１９が、割り当てられた車両群の予想到着時刻、満充填に必要な水素量／満充電に必要な電力量から、水素の充填及び電気の充電が終了する時間を予測する。

【0027】

充填／充電完了時刻予測機能１９により予測される水素の充填及び電気の充電終了時間が、一定時間を超える場合には、各車両が充填可能な水素量／充電可能な電力量を制限するよう水素ステーション１に通知し、充填可能な水素量／充電可能な電力量が制限されることを車両３に通知する。

【0028】

充填可能な水素量／充電可能な電力量の制限は、車両の種別毎に一律に行われる事が現実的であるため、水素ステーション１に備えられたカメラで、水素ステーション１に進入した車両３の画像を撮影、車両種別識別機能１５により、撮影された車両のサイズや形状から種別を識別、充填／充電制限機能１６により、車両種別に応じて定められた量の水素／電力が提供されることが望ましい。

【0029】

水素ステーション１で充填可能な水素量／充電可能な電力量が制限されている場合、その情報は管理システム２を介して道路上の電光掲示板５に表示される事が望ましい。

【0030】

水素ステーション情報ＤＢ１７には、日時、平日／祝祭日、イベント、天候による水素ステーションの稼働状況が記録され、前記水素ステーションの稼働状況、イベント情報ＤＢ６から取得されたイベント情報、天気情報サービス７から取得された天候をもとに稼働状況予測機能２１により、水素ステーションの稼働状況を予測する。

【0031】

車両３のナビゲーション機能２３で目的地を設定すると、経路上に存在する水素ステーション１の、到達予測時刻における稼働状況を管理システム２から取得し、航続可能距離予測機能２４により予測された航続可能距離に応じて、待ち時間が少ない水素ステーションが推奨される事が望ましい。

【0032】

ナビゲーション機能２３に目的地を設定している際に、推奨された水素ステーションにユーザーが立ち寄る事を承諾した場合、車両管理機能２０は、車両３を優先的に水素ステーションに割り当て、ナビゲーション機能２３は、立ち寄り予定の水素ステーション１への到達予測時刻を計算し、車両管理機能２０は、前記到達予測時刻をもとに、水素ステーションへの車両の割当を調整する。

【0033】

ナビゲーション機能２３に目的地を設定している車両３を優先的に水素ステーション１に割り当てるのは、ナビゲーション機能２３に目的地が設定されている場合の方が、経路上の水素ステーションを正確に把握出来るため、水素ステーション間の負荷分散を効果的に行えるためである。

【0034】

管理システム２は、送電網４から水素ステーション１へ供給可能な電力量を取得し、水素ステーション１に割り当てられた車両群に必要とされる電力量が、送電網４が供給可能な電力量と燃料電池１０による発電量の合計値を超えると、蓄電池利用判断機能２２により判断される場合には、燃料電池１０による発電を開始するよう、水素ステーション１に指示を出し、指示を受けた水素ステーション１は燃料電池１０による発電を開始し、蓄電池１３に必要な電力を充電する。

【0035】

蓄電池は一般的に充放電時にエネルギーロスが発生し、充放電を繰り返すと、放電容量が次第に低下するため、水素ステーション１に設置された燃料電池１０による発電は需要に応じてオンデマンドで行わる事が好ましく、可能な限り蓄電池１３には充電されない事が好ましいためである。

【0036】

送電網４が水素ステーション１に供給可能な電力量は変動的であるため、管理システム２で管理する事が好ましいと考えているが、蓄電池利用判断機能２２は、水素ステーション１に備えられていても問題ない。

【0037】

車両３が走行中に、立ち寄る事を推奨する水素ステーション１が決定、変更された場合、ナビゲーション機能２３は、ユーザーに音声で水素ステーション１へ立ち寄る事を推奨し、ユーザーが音声で合意したら、水素ステーションへのナビゲーションを開始する事が望ましい。
これは、運転中にハンドルから手を離さないで済む様にする措置となる。

【0038】

水素充填／電力充電が完了した車両３は、水素ステーション１の割当から外されなければならないため、車両３が水素ステーション１の位置座標で機関停止後、再始動した際に、水素計２５が水素の充填、もしくは電力計２６が電力の充電を確認した場合、車両３は管理システム２に水素充填／電力充電が完了した旨を通知し、通知を受けた管理システム２は、車両管理機能２０により、車両３の割当を解除する。
これは、推奨される水素ステーション以外で、水素充填／電力充電が行われた場合も同様である。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、自動車の電動化に伴う、送電網への負担増及び設備増強を抑えるために好適である。

【符号の説明】

【0040】

１ 水素ステーション
２ 管理システム
３ 車両
４ 送電網
５ 電光掲示板
６ イベント情報ＤＢ
７ 天気情報サービス
８ 水素貯蔵機能
９ 水素充填機能
１０ 燃料電池
１１ 電力供給機能（車両用）
１２ 電力供給機能（売電用）
１３ 蓄電池
１４ カメラ
１５ 車両種別判別機能
１６ 充填／充電制限機能
１７ 水素ステーション情報ＤＢ
１８ 車両情報ＤＢ
１９ 充填／充電完了時刻予測機能
２０ 車両管理機能
２１ 稼働状況予測機能
２２ 蓄電池利用判断機能
２３ ナビゲーション機能
２４ 航続可能距離予測機能
２５ 水素計
２６ 電力計

【図1】