(57)【要約】【課題】取り付けと取り外しとが可能である蓄電池を用い、蓄電池を充電するだけではなく、蓄電池の電力を機器に供給することを可能にする。【解決手段】蓄電池装置は、室内の壁面のうち分電盤２０が取り付けられる壁面と同じ壁面または隣接する壁面に分電盤２０とは別に取り付けられるボックスを備える。ボックスは、蓄電池１２の取り付けと取り外しとが可能であるホルダと、ホルダに取り付けられた蓄電池１２の充電と放電との機能を有する電力調整装置１４とを備える。電力調整装置１４は、蓄電池１２から放電される電力を機器３０に供給する機能を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内の壁面のうち分電盤が取り付けられる壁面と同じ壁面または隣接する壁面に前記分電盤とは別に取り付けられるボックスと、
蓄電池の取り付けと取り外しとが可能であって前記ボックスに収納されたホルダと、
前記ホルダに取り付けられた前記蓄電池の充電と放電との機能を有する電力調整装置とを備え、
前記電力調整装置は、前記蓄電池から放電される電力を機器に供給する機能を有する
蓄電池装置。
【請求項２】
前記ボックスは、複数個の前記蓄電池を収納可能に構成され、
前記ホルダは、前記蓄電池の取り付けと取り外しとが個々に行えるように構成されている
請求項１記載の蓄電池装置。
【請求項３】
前記電力調整装置は、
前記蓄電池を個々に充電する充電回路と、
前記蓄電池を並列に接続して一括して前記機器に供給する電力変換回路とを備える
請求項２記載の蓄電池装置。
【請求項４】
前記電力変換回路は、前記蓄電池の直流電力を系統電力と等価である交流電力に変換し、変換後の前記交流電力を機器に供給する構成である
請求項３記載の蓄電池装置。
【請求項５】
前記蓄電池の充電と放電との条件を定める複数のルールが選択可能であって、選択されたルールに従って前記電力調整装置による前記蓄電池の充電と放電とのタイミングを制御する制御装置をさらに備える
請求項３又は４記載の蓄電池装置。
【請求項６】
前記蓄電池は、電動アシスト自転車または電動二輪車の駆動用である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取り付けと取り外しとが可能な蓄電池を備えた蓄電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、持ち運ぶことが可能であり、かつエネルギー密度の比較的大きい蓄電池が普及してきている。たとえば、電動アシスト自転車に搭載される蓄電池は、自転車の車体から取り外して充電器による急速充電を可能にしている場合がある（たとえば、特許文献１参照）。この種の蓄電池は、質量が１〜５ｋｇ程度であって、持ち運ぶことが可能であり、かつエネルギー密度が５０〜３００Ｗｈ程度であって、比較的大きいエネルギーを取り出すことが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１４１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、蓄電池を車体から取り外した状態で充電器に装着することによって、急速充電が可能になっているが、蓄電池に充電したエネルギーは、自転車の車体に装着した状態でなければ利用することができない。
【０００５】
本発明は、取り付けと取り外しとが可能である蓄電池を用い、蓄電池を充電するだけではなく、蓄電池の電力を機器に供給することを可能にした蓄電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る蓄電池装置は、室内の壁面のうち分電盤が取り付けられる壁面と同じ壁面または隣接する壁面に前記分電盤とは別に取り付けられるボックスと、蓄電池の取り付けと取り外しとが可能であって前記ボックスに収納されたホルダと、前記ホルダに取り付けられた前記蓄電池の充電と放電との機能を有する電力調整装置とを備え、前記電力調整装置は、前記蓄電池から放電される電力を機器に供給する機能を有することを特徴とする。
【０００７】
この蓄電池装置において、前記ボックスは、複数個の前記蓄電池を収納可能に構成され、前記ホルダは、前記蓄電池の取り付けと取り外しとが個々に行えるように構成されていることが好ましい。
【０００８】
この蓄電池装置において、前記電力調整装置は、前記蓄電池を個々に充電する充電回路と、前記蓄電池を並列に接続して一括して前記機器に供給する電力変換回路とを備えることが好ましい。
【０００９】
この蓄電池装置において、前記電力変換回路は、前記蓄電池の直流電力を系統電力と等価である交流電力に変換し、変換後の前記交流電力を機器に供給する構成であることが好ましい。
【００１０】
この蓄電池装置において、前記蓄電池の充電と放電との条件を定める複数のルールが選択可能であって、選択されたルールに従って前記電力調整装置による前記蓄電池の充電と放電とのタイミングを制御する制御装置をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
この蓄電池装置において、前記蓄電池は、電動アシスト自転車または電動二輪車の駆動用であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成によれば、取り付けと取り外しとが可能である蓄電池を用いており、かつ蓄電池の充電だけではなく、蓄電池の電力を建物で利用する機器に供給することが可能になるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の使用例を示すブロック図である。
【図２】同上の概略構成図である。
【図３】同上の接続関係を示す図である。
【図４】同上の他の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４に示した構成例の概略構成図である。
【図６】実施形態２の使用例を示すブロック図である。
【図７】実施形態の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する実施形態は、電力の需要家が戸建て住宅である場合を例として説明するが、集合住宅の各住戸、オフィスビルあるいは店舗ビルのテナントなどであっても、以下に説明する技術を利用可能である。
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態は、需要家に太陽光発電装置や燃料電池のような分散型発電装置が設置されず、需要家において利用可能な電力が電力会社のような電気事業者から供給される系統電源のみである場合について例示する。分散型発電装置を併用する構成例については実施形態２において説明する。
【００１６】
以下に説明する蓄電池装置１０は、図１に示すように、需要家に設置された分電盤２０と併用される。分電盤２０は、系統電源２１から電力が供給され、系統電源２１に接続された主幹回路を複数系統の給電回路に分岐し、それぞれの分岐回路を形成する複数本の給電路２２を通して機器３０に電力を供給する。
【００１７】
本実施形態で説明する蓄電池装置１０は、分電盤２０で分岐された１系統の給電路２２に接続される。ただし、蓄電池装置１０は、複数系統の給電路２２にそれぞれ接続されてもよい。また、蓄電池装置１０は、分電盤２０での分岐前の主幹回路に接続することが可能であるが、後述するように、蓄電池装置１０が供給する電力容量には制限があるから、１系統の給電路２２を選択して接続する形態が望ましい。
【００１８】
蓄電池装置１０は、図３に示すように、室内の壁面に分電盤２０とは別に取り付けられるボックス１１を備える。ボックス１１は、分電盤２０と同じ壁面または隣接する壁面に取り付けられる。ボックス１１の寸法は、室内の壁面の寸法の制約により、分電盤２０の筐体と同程度に設定される。
【００１９】
上述のように分電盤２０と同じ壁面または隣接する壁面に蓄電池装置１０を配置することにより、分電盤２０との間の配線の距離が短くなり、施工が容易になるという利点がある。しかも、分電盤２０は室内に配置されており、蓄電池装置１０も室内に配置されるから、戸外よりは温度変化が少なくなる。そのため、後述するように、蓄電池装置１０に蓄電池１２が取り付けられた状態において、蓄電池１２は比較的安定した温度環境で充放電を行うことが可能になる。すなわち、蓄電池１２を温度変化の大きい環境で使用する場合に比べると、劣化の進行が抑制され、また充電時および放電時の性能を蓄電池１２の仕様通りに引き出すことが可能になる。
【００２０】
ボックス１１は、図２に示すように、蓄電池１２の取り付けと取り外しとが可能なホルダ１３と、蓄電池１２の充電と放電との機能を有する電力調整装置１４（図１参照）とを収納する。ホルダ１３は、図２のように、ボックス１１に１個だけ収納可能なサイズの蓄電池１２を保持する構成と、図５のように、ボックス１１に複数個を収納可能なサイズの蓄電池１２を保持する構成とのいずれかが採用される。複数個の蓄電池１２を用いる構成例については後述する。
【００２１】
電力調整装置１４は、ボックス１１に収納された制御装置１５によって動作が制御される。図示例で想定している蓄電池１２は、電動アシスト自転車または電動二輪車の駆動用であって、車体から分離された状態でホルダ１３に装着される。
【００２２】
なお、電動アシスト自転車または電動二輪車の駆動用の蓄電池１２は一例であって、この種の蓄電池１２に限定する趣旨ではない。ただし、室内の壁の耐荷重を考慮し、蓄電池装置１０は、蓄電池１２が装着された状態で荷重制限（たとえば、２０ｋｇ）を超えないように設計される。
【００２３】
蓄電池１２は、ホルダ１３に装着されると、充電と放電とが可能になる。制御装置１５は、電力調整装置１４が充電を行う場合に、蓄電池１２に流す充電電流を管理し、また、電力調整装置１４が放電を行う場合に、蓄電池１２から放電する放電量を管理する。電力調整装置１４は、図１に示すように、充電回路１４１と電力変換回路１４２との両方を備える。
【００２４】
充電回路１４１は、交流電力である系統電源２１を直流電力に変換して蓄電池１２を充電する構成であって、制御装置１５は、蓄電池１２の状態を管理することにより充電電流を制御する。一方、電力変換回路１４２は、蓄電池１２の直流電力を系統電源２１から供給される系統電力と等価である交流電力に変換する構成（インバータ）であり、制御装置１５は、機器３０の動作状態を管理することにより供給する電流を制御する。変換後の交流電力は機器３０に供給される。
【００２５】
なお、機器３０が直流で駆動される機器（ノート型のパーソナルコンピュータ、ルータのような通信機器など）である場合、電力変換回路１４２は、直流から交流への電力変換ではなく、直流電圧の調節のみを行う構成でもよい。
【００２６】
蓄電池１２の容量には制限があるから、蓄電池装置１０から供給する機器３０は、需要家が利用する機器３０から選択されていることが望ましい。そのため、機器３０は、たとえば、リビング、トイレ、廊下、足元などの照明機器、情報取得のためのテレビジョン受像機、通信関連機器などの範囲であることが望ましい。また、夏季であれば、蓄電池装置１０が出力する電力を、冷蔵庫が優先的に利用するようにしてもよい。
【００２７】
交流電力が系統電源２１と等価である状態には、電圧および周波数が系統電源２１と等しければよい場合と、電圧および周波数に加えて位相も系統電力と等しくなることが要求される場合とがある。前者は、系統電力を機器３０に供給しない期間に蓄電池１２の電力を機器３０に供給する構成において採用される。また、後者は、機器３０に系統電力を供給する期間に蓄電池１２の電力を併せて機器３０に供給する構成において採用される。
【００２８】
制御装置１５は、ホルダ１３に蓄電池１２が装着されている状態において、蓄電池１２の充電と放電との条件を定める複数のルールが選択可能になるように構成されている。制御装置１５は、充電回路１４１および電力変換回路１４２の動作を制御するだけではなく、系統電源２１と充電回路１４１との間に挿入された第１の切替装置１６と、電力変換回路１４２と機器３０との間に挿入された第２の切替装置１７との切替も制御する。
【００２９】
切替装置１６および切替装置１７は、系統電源２１を充電回路１４１と機器３０とに接続する第１の状態と、系統電源２１を機器３０にのみ接続する第２の状態と、電力変換回路１４２を機器３０に接続する第３の状態との３状態が選択可能に構成される。第３の状態では、系統電源２１は充電回路１４１および機器３０から切り離される。制御装置１５は、需要家において選択されたルールに応じて、切替装置１６および切替装置１７の状態を選択する。
【００３０】
制御装置１５は、系統電源２１からの給電の有無と、機器３０に給電する時間帯と、電気事業者からの使用電力の制限要求（ＤＲ情報）とを条件として、切替装置１６，１７の状態および電力調整装置１４の動作を制御する。本実施形態において、制御装置１５が選択可能なルールは３種類である。
【００３１】
制限要求は、電気事業者が電力を供給している需要家全体での電力量の削減目標あるいは個別の需要家に対する電力の削減目標を示した要求であり、図示しない通信手段によって制御装置１５が取得する。したがって、制御装置１５は、制限要求を受信するために、インターネットのような電気通信回線に接続される。または、制御装置１５は、電気事業者との通信機能を有した電力メータ（いわゆる、スマートメータ）を通して制限要求を受け取る。制御装置１５は、制限要求を受け取るために、図示しない通信インターフェイス部を備える。
【００３２】
切替装置１６，１７が第１の状態であるのは、系統電源２１から給電され、かつ制限要求を受けていない状態であって、通常の動作になる。第１の状態では、機器３０は系統電源２１から給電され、かつ蓄電池１２は系統電源２１から充電される。すなわち、第１の状態は、切替装置１６，１７は、図１における経路Ｒ１を通して機器３０に系統電源２１から給電し、経路Ｒ２を通して系統電源２１から蓄電池１２に充電する。
【００３３】
切替装置１６，１７が第２の状態であるのは、系統電源２１から供給される系統電力が逼迫することに伴い制限要求を受けた時間帯である。第２の状態では、蓄電池１２が充電されていれば、蓄電池装置１０は、機器３０に対して、系統電源２１からの系統電力だけではなく、蓄電池１２からも電力を供給する。すなわち、切替装置１６，１７は、図１における経路Ｒ１を通して機器３０に系統電源２１から給電し、経路Ｒ３を通して蓄電池２１から機器３０に給電する。
【００３４】
したがって、第２の状態において、需要家では、系統電源２１から購入する系統電力が、蓄電池１２から機器３０に供給している電力分だけ減殺される。言い換えると、電気事業者が制限要求を行った時間帯において系統電源２１における電力需要のピークが抑制されることになる。このことから、需要家が蓄電池装置１０を設置することは、電気事業者にとって、電力の供給不足を回避する有力な手段になる。
【００３５】
ところで、蓄電池１２から機器３０に給電するには、蓄電池１２に充電することが必要である。そのため、蓄電池１２は、上述した時間帯を避けて充電される。具体的には、電気料金の単価がなるべく安い時間帯に蓄電池１２を充電することが望ましい。電気料金の単価が安い時間帯に蓄電池１２を充電し、系統電源２１から供給される系統電力が逼迫する時間帯に蓄電池１２から放電する動作を行うと、系統電源２１における電力需要のピークを偏移させ（ピークシフト）、かつピーク値を抑制することになる。
【００３６】
切替装置１６，１７が第３の状態であるのは、系統電源２１からの給電が停止している期間、または系統電源２１からの給電が停止している状態からの復帰直後の期間である。蓄電池１２は、系統電源２１からの給電が停止している期間には、特定の機器３０への給電を行うバックアップ電源として機能する。また、蓄電池１２は、系統電源２１の停止からの復帰により機器３０が起動されることに伴って大きな起動電流が流れる期間には、機器３０への給電を開始する前に蓄電池１２の電力を機器３０に供給し、起動電流による系統電源２１への影響を回避する。いずれの場合も、蓄電池装置１０は、経路Ｒ３を通して蓄電池１２から機器３０に給電する。この動作をパワーアシストと呼ぶ。
【００３７】
第１の状態あるいは第２の状態は、系統電源２１からの系統電力が供給されている状態であるから、電力変換回路１４２は系統電源２１からの系統電力の電圧波形に対して、電圧、周波数、位相を合わせることが必要である。これに対して、第３の状態は、系統電源２１からの電力の供給が停止している状態であるから、機器３０を動作させるために電圧および周波数を調節する必要があるが、位相は考慮する必要がない。そのため、第１の状態または第２の状態と第３の状態との間で状態が移行する際には、機器３０への給電を一旦停止することが望ましい。また、機器３０の構成によっては、機器３０への給電を停止した後にも給電路２２に電流が流れている可能性がある。そのため、第１の状態または第２の状態と第３の状態との間で状態が移行する際には、機器３０への給電を停止させた後に数秒程度が経過してから切替装置１６，１７による経路の変更を実施することが望ましい。
【００３８】
以上説明したように、蓄電池１２の充電および放電を行うことにより、ピークシフト、バックアップ、パワーアシストの３種類の機能が実現される。どの機能を利用するかは、需要家により選択される。また、制御装置１５は、選択された機能に応じたルールを用いて電力調整装置１４、切替装置１６，１７の制御を行う。
【００３９】
ところで、上述したように、蓄電池装置１０は、複数個の蓄電池２２をボックス１１に収納する構成であってもよい。図４、図５は、ホルダ１３が最大３個の蓄電池１２を保持する場合の構成例を示している。ホルダ１３は、蓄電池１２の取り付けと取り外しとを個々に行えるように構成されている。
【００４０】
充電回路１４１は、複数個の蓄電池１２を個々に充電できるように複数個設けられ、電力変換回路１４２は、複数個の蓄電池１２を並列に接続して一括して機器３０に給電するように構成されている。電力変換回路１４２は、いずれかの蓄電池１２から他の蓄電池１２に充電電流が流れないように、放電時の逆流を阻止する機能を有している。この種の機能は、もっとも簡単な構成ではダイオードを用いて実現される。
【００４１】
図示する蓄電池装置１０は、蓄電池１２ごとに充電回路１４１を備えているから、ボックス１１に装着された個々の蓄電池１２の残容量に応じて充電の状態を管理することが可能になる。つまり、ボックス１１に取り付けられた蓄電池１２の個数に応じて充電を制御することが可能である。一方、蓄電池１２の放電に際しては、上述のように、並列に接続してまとめて機器３０に給電するから、個別に取り外すことが可能になる。
【００４２】
（実施形態２）
実施形態１は、需要家において分散型発電装置が設置されていない場合について説明したが、本実施形態は、図６に示すように、分散型発電装置として太陽光発電装置４０が需要家に設置されている場合を例として示す。図示する太陽光発電装置４０は、図示しない太陽電池と電力変換装置（パワーコンディショナ）とを備える。太陽光発電装置４０の電力変換装置は、系統電源２１との系統連系を行う連系出力（図に「連系」と表記）と、系統連系を行わない自立出力（図に「自立」と表記）とを備える。自立出力は、系統電力が停止した状態でも、太陽光発電装置４０が発電していれば、機器３０を動作させる電力を出力する。太陽光発電装置４０の自立出力は、分電盤２０により分岐された給電路２２と併せて切替装置１６に接続される。
【００４３】
太陽光発電装置４０の余剰電力を系統電源２１に逆潮流（売電）する場合、図示例のように、系統出力は分電盤２０に接続される。連系出力は、蓄電池装置１０に対しては系統電源２１と等価であるから、連系出力に対する蓄電池装置１０の動作は、実施形態１で説明した動作と同じになる。
【００４４】
一方、自立出力は、系統電源２１からの電力供給が停止したときに、経路Ｒ４を通して蓄電池装置１０に直接入力される。太陽光発電装置４０の自立出力から得られる電力が機器３０の要求する電力よりも多い場合、切替装置１６，１７は、経路Ｒ１を選択し、太陽光発電装置４０から機器３０に電力を供給する。また、太陽光発電装置４０が発電した電力のうち機器３０で消費されない電力の少なくとも一部は、経路Ｒ２により充電回路１４１を通して蓄電池１２の充電に当てられる。
【００４５】
なお、蓄電池１２が満充電に達した後、太陽光発電装置４０が発電した電力に余剰が生じている場合、切替装置１６，１７は、蓄電池１２の残容量が減少するまで経路Ｒ２を遮断する。
【００４６】
一方、太陽光発電装置４０により発電された電力では機器３０が要求する電力を充足できない場合、太陽光発電装置４０が発電した電力に加えて蓄電池１２に蓄電された電力が用いられる。つまり、実施形態１で説明したように、蓄電池１２の直流電力は、電力変換回路１４２を通して交流電力に変換される。
【００４７】
太陽光発電装置４０の発電が停止している期間には、蓄電池１２は、経路Ｒ２を通して特定の機器３０にバックアップ電源として機能するか、機器３０の起動時に必要な電力を補助するパワーアシストを行う。これらの動作は、実施形態１と同様である。
【００４８】
実施形態１、実施形態２において、１台の蓄電池装置１０を用いる構成例について説明したが、図７に示すように、増設用の蓄電池装置１０Ａを併用すると、利用可能な電力量を増加させることが可能である。増設用の蓄電池装置１０Ａの出力は、１台目の蓄電池装置１０の電力変換回路１４２の出力と並列に接続することが望ましい。
【００４９】
仮に、１台目の蓄電池装置１０と増設用の蓄電池装置１０Ａとの一方の電力変換回路１４２だけを、両方の蓄電池装置１０，１０Ａで共用するとすれば、その電力変換回路１４２は、１台の蓄電池装置１０の電力変換回路１４２よりも大きい電流を扱うことになる。したがって、増設用の蓄電池装置１０Ａが高コストになる可能性がある。
【００５０】
一方、増設用の蓄電池装置１０Ａの出力が蓄電池装置１０の出力と並列に接続されていると、それぞれの蓄電池装置１０，１０Ａの電力変換回路１４２は、それぞれの蓄電池１２に対応した電流を扱えばよいから、電力変換回路１４２の大型化を避けられる。増設用の蓄電池装置１０Ａとの接続関係は、切替装置１６，１７により決定されるから、蓄電池装置１０，１０Ａを併用する場合には、図７に破線で示しているように、蓄電池装置１０，１０Ａの間で通信を行い、接続関係を定める必要がある。
【００５１】
なお、この動作は、複数台の蓄電池装置１０，１０Ａの並列運転を行うことになるから、電流分担の不平衡や電圧の振動が生じないように電力変換回路１４２を制御する必要がある。他の構成および動作は上述した実施形態と同様であるから説明を省略する。
【符号の説明】
【００５２】
１０  蓄電池装置
１０Ａ  蓄電池装置
１１  ボックス
１２  蓄電池
１３  ホルダ
１４  電力調整装置
２０  分電盤
１５  制御装置
３０  機器
１４１  充電回路
１４２  電力変換回路
【図１】
2014183635.tif 000003
【図２】
2014183635.tif 000004
【図３】
2014183635.tif 000005
【図４】
2014183635.tif 000006
【図５】
2014183635.tif 000007
【図６】
2014183635.tif 000008
【図７】
2014183635.tif 000009