(57)【要約】【解決手段】セルを複数接続して構成したモジュールを、さらに複数直列接続して構成した直流電力を貯蔵する電力貯蔵装置において、前記モジュール同士の接続箇所に直列に第一のスイッチを設け、前記電力貯蔵装置の入出力部に第二のスイッチを設けることで、装置内の対地電圧を低下させた。
2007122672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数セルの接続体から構成され、互いに複数個直列接続されてなるモジュールと、前記モジュール同士の接続箇所を接地する接地抵抗と、入出力部のそれぞれに挿入された第１のスイッチとを備えたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項２】
前記複数個直列接続されてなるモジュールは、それぞれ少なくとも２つのモジュール直列接続体を１グループとした複数のグループから構成され、上記各グループ内のモジュール接続箇所を接地抵抗を介して接地すると共に、上記各グループ間の接続箇所に第２のスイッチを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵装置。
【請求項３】
前記第１のスイッチの一方と前記第２のスイッチは、電流開閉能力を持たず、電流がない状態での開閉のみが可能なスイッチとしたことを特徴とする請求項２の電力貯蔵装置。
【請求項４】
上記各グループのモジュール直列接続箇所間にその電圧の有無を報知する報知装置を接続したことを特徴とする請求項２に記載の電力貯蔵装置。
【請求項５】
前記報知装置は、表示灯の点滅により電圧の有無を表示することを特徴とする請求項４に記載の電力貯蔵装置。
【請求項６】
前記報知装置は、ブザーの鳴動により電圧の有無を報知することを特徴とする請求項４に記載の電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を貯蔵する電力貯蔵装置に関するものであり、例えば電力貯蔵システムを搭載した電気車等に適用できる電力貯蔵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電鉄システムへ二次電池、電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスを応用し、車両のブレーキ時（回生時）に発生する余剰回生電力を電力貯蔵デバイスに貯蔵し、加速時（力行時）に貯蔵した電力を使用する構成とすることで、車両の持つ運動エネルギーを有効利用できることが知られている（例えば、非特許文献１）。【０００３】
【非特許文献１】平成１７年電気学会全国大会５−１７６「電気二重層キャパシタを適用した直流電車用電力貯蔵装置の開発」
【０００４】
この電力貯蔵システムに使用される電力貯蔵デバイスの最小単位をセルと称し、このセルを複数個直並列としたものをモジュールと称する。このモジュールをさらに多数接続して必要な電圧、電流を得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電鉄システムへの適用では、モジュールは多数直列接続され、その対地電圧は７５０Ｖ〜１５００Ｖと高電圧となる。電力貯蔵デバイスのうち特に二次電池は、完全放電させると寿命が極端に短くなるため、電力貯蔵システム停止時も電力貯蔵デバイスは充電された状態で放置され、対地電圧は７５０Ｖ〜１５００Ｖ程度のまま維持される。このため、長期の課電により電力貯蔵装置内の絶縁物の劣化が進み、また電力貯蔵装置の保守時には厳重な絶縁処置を必要とする課題がある。
本発明は、電力貯蔵装置を停止させた場合は装置内の対地電圧を低下させることで絶縁物の劣化を抑制し、保守時の絶縁処置を簡略化できる電力貯蔵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電力貯蔵装置は、それぞれ複数セルの接続体から構成され互いに複数直列接続されてなるモジュールと、前記モジュール同士の接続箇所を接地する接地抵抗と、入出力部のそれぞれに挿入された第１のスイッチとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
電力貯蔵装置を停止している状態では、電力貯蔵装置内の各部の対地電圧を落とすことが可能となり、これにより装置内の絶縁物（図示せず）に掛かる電圧を軽減し、絶縁物の劣化の進行を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態４における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。
図１に沿って、電力貯蔵装置３０の構成を説明する。
図１に示すように、セル１を複数個直並列接続したモジュール２ａ〜２ｄは、互いに直列接続されている。スイッチ３ａ（第２のスイッチ）はモジュール２ｂの負極端子とモジュール２ｃの正極端子間に設けられ、モジュール２ａ〜２ｂからなるグループと、モジュール２ｃ〜２ｄからなるグループに分割されている。また、モジュール２ｂの正極端子とモジュール２ｃの負極端子間に表示装置５ａを設けている。ここで表示装置５ａは、ＬＥＤの点滅等で電圧の有無を視覚的に知らせる装置であり、モジュール２ｂの正極端子とモジュール２ｃの負極端子間にある一定の電圧が生じた場合に動作する。【００１０】
モジュール２ａの負極側とモジュール２ｂの正極側と、モジュール２ｃの負極側とモジュール２ｄの正極側とは、接地抵抗６ａ、６ｂを介して基準電位面３１に接地されている。ここで、接地抵抗６ａ、６ｂは数ＭΩ程度の抵抗値の抵抗である。基準電位面３１はグランドであり大地電位である。さらにモジュール２ａの正極側とモジュール２ｄの負極側はそれぞれヒューズ２０ａ、２０ｂ、スイッチ３ｂ、３ｃ（第１のスイッチ）を通してＰ線、Ｎ線に接続され、Ｐ線、Ｎ線は負荷４１を有する電力変換装置４０に接続される。【００１１】
なお、スイッチ３ａ〜３ｃは、制御部２２でその投入、開放を制御される構成である。通常、電力貯蔵装置３０を運転する場合はスイッチ３ａ〜３ｃを投入状態とし、停止する場合はスイッチ３ａ〜３ｃを開放状態とする。また、Ｎ線は、電力貯蔵装置４０の外部で基準電位面３１に接地されている。
電力貯蔵装置３０に蓄積された電力は、電力変換装置４０を介して負荷４１に供給され、あるいは負荷４１から電力変換装置４０を介して電力貯蔵装置３０に充電される。【００１２】
次に、本発明の目的である電力貯蔵装置３０内の対地電圧を低下させる方法を説明する。
電力貯蔵装置３０を前記のとおり構成することで、図１に示す装置内各部の対地電圧ＶＧ１、ＶＧ２、ＶＡ〜ＶＤ、ＶＰは、以下のとおりとなる。なお、ここでは、説明を分かりやすくするためモジュール２ａ〜２ｄは同じ構成のものと考え、それぞれの電圧ＶＭａ〜ＶＭｄは等しく、これらをＶＭと表記する。ＶＭ＝ＶＭａ＝ＶＭｂ＝ＶＭｃ＝ＶＭｄ。【００１３】
まず最初に、電力貯蔵装置３０を運転している状態について説明する。
スイッチ３ａ〜３ｃは投入された状態とするので、ＶＡ＝ＶＰ、ＶＢ＝ＶＣ＝１／２×ＶＰ、ＶＤ＝０となる。またＶＧ１＝ＶＤ＋（ＶＣ−ＶＤ）／２となり、ＶＧ２＝ＶＢ＋（ＶＡ−ＶＢ）／２となる。【００１４】
具体的な数値として、例えば各モジュール２ａ〜２ｄの電圧ＶＭ＝２５０Ｖとすると、ＶＡ＝１０００Ｖ、ＶＢ＝５００Ｖ、ＶＣ＝５００Ｖ、ＶＤ＝０Ｖ、ＶＧ１＝２５０Ｖ、ＶＧ２＝７５０Ｖとなる。電力貯蔵装置３０の出力には各モジュール２ａ〜２ｄの電圧ＶＭの和であるＶＰ＝１０００Ｖが得られる。対地電圧は最も高い箇所でＶＡ＝１０００Ｖとなる。【００１５】
次いで、電力貯蔵装置３０を停止している状態について説明する。
スイッチ３ａ〜３ｃは開放された状態とするので、閉回路が構成されないため接地抵抗６ａ、６ｂには電流は流れず、ＶＧ１＝ＶＧ２＝ＶＧ＝０となり、ＶＡ＝＋ＶＭ、ＶＢ＝−ＶＭ、ＶＣ＝＋ＶＭ、ＶＤ＝−ＶＭとなる。【００１６】
具体的な数値として、各モジュール２ａ〜２ｄの電圧ＶＭ＝２５０Ｖとすると、ＶＧ１＝０Ｖ、ＶＧ２＝０Ｖ、ＶＡ＝２５０Ｖ、ＶＢ＝−２５０Ｖ、ＶＣ＝２５０Ｖ、ＶＤ＝−２５０Ｖとなり、電力貯蔵装置３０の出力には電圧は発生しない。対地電圧は最も高い箇所でＶＡ＝２５０Ｖとなる。【００１７】
このように、電力貯蔵装置３０を停止している状態では、対地電圧ＶＧ１、ＶＧ２をゼロに、ＶＡ〜ＶＤをモジュール２ａ〜２ｄの電圧ＶＭまで落とすことができ、運転時の１／４とすることが可能となる。【００１８】
一方、従来例（非特許文献１）に示した回路では、装置停止時には電力貯蔵装置の正極側のスイッチのみしか解放できない構造であるので、電力貯蔵装置を運転している場合、停止している場合とも、その対地電圧は等しく、その大きさは全モジュールの合計電圧となる。【００１９】
以上の説明のとおり、本発明の構成では、電力貯蔵装置３０を停止している状態において、電力貯蔵装置３０内の各部の対地電圧を運転時の１／４とすることができるので、停止時には装置内の絶縁物（図示せず）に掛かる電圧を軽減することが可能となり、絶縁物の劣化の進行を抑制することが可能となる。また、電力貯蔵装置３０を保守する場合、絶縁処置が簡略化できる。【００２０】
なお、表示装置５ａは、スイッチ３ａ〜３ｃの開放動作が確実にされたかを視覚的に確認するために設けてある。その動作について以下に説明する。
表示装置５ａは、その電圧ＶＬを検出し、一定以上の電圧が存在する場合に表示灯を点滅させ、電圧が存在することを表示する機能を有する。なお、表示灯を点滅の変わりにブザーを鳴動させる等の手段であってもよい。【００２１】
スイッチ３ａ〜３ｃが開放されている場合は、表示装置５ａの電圧ＶＬはゼロとなるので、表示装置５ａは動作しない。
また、スイッチ３ａ〜３ｃの何れかが投入状態にあるとき、表示装置５ａの電圧ＶＬはゼロではなくなるので、表示装置５ａはこれを検出して動作する。【００２２】
このように構成された表示装置５ａを電力貯蔵装置３０の内部あるいは外部の目視可能な位置に設置することで、装置を保守する前に、スイッチ３ａ〜３ｃが確実に開放されて装置内の対地電位が落とされているか否かを、視覚的に確認することが可能となる。【００２３】
なお、実施の形態１では、モジュールを４個直列接続した形態を示したが、これに限定されることはなく、モジュールを複数個直列接続した構成であれば、同様にして構成することが可能である。また、幾つかのモジュールを直列に接続したものを新しいモジュールとし、この新しいモジュールを単位として実施の形態１で示した構成を実施しても良い。【００２４】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。
図２は、モジュール数が６個の場合の構成例を示しており、モジュール２ｅ、２ｆが追加された構成となっている。モジュール数が４個の場合を示す図１と比較して、モジュール２ｄの負極側とモジュール２ｅの正極側との間にスイッチ３ａｂが直列に接続され、モジュール２ｄの正極側とモジュール２ｅの負極側との間に表示装置５ｂが接続され、モジュール２ｅとモジュール２ｆの接続点が接地抵抗６ｃを介して基準電位面３１に接地された構成となっている。【００２５】
動作については、モジュール数が６個の場合でも、モジュール数が４個の場合の説明と同じであるので割愛する。
本構成では、電力貯蔵装置が運転状態の時の装置内の最大対地電圧はＶＰとなり、装置が停止状態の時の最大対地電圧は、１／６×ＶＰとなる。【００２６】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。
図３は、モジュール数が２個の場合の構成例を示す図である。図中、図１、図２と同一符号は同一または相当部分を示している。モジュール数が２個の場合は、モジュール２ａ、２ｂの接続点を接地抵抗６ａを介して基準電位面３１に接続する構成となる。
本構成では、電力貯蔵装置が運転状態の時の装置内の最大対地電圧はＶＰとなり、装置が停止状態の時の最大対地電圧は、１／２×ＶＰとなる。【００２７】
以上、本発明の実施の形態１〜３の構成により、電力貯蔵装置３０を停止している状態では、電力貯蔵装置３０内の各部の対地電圧を低減させることが可能となり、これにより装置内の絶縁物（図示せず）に掛かる電圧を軽減し、絶縁物の劣化の進行を抑制することが可能となる。また電力貯蔵装置３０を保守する場合、絶縁処置が簡略化できる。さらに、表示装置を設けることでスイッチが確実に開放されていることを視覚的に確認することが可能となる。【００２８】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４における電力貯蔵装置の構成例を示す図である。以下、実施の形態１〜３と異なる部分のみ説明する。
図４に示すスイッチ４ａ、４ｂは、電流開閉能力を持たず、電流がない状態での開閉のみが可能なスイッチであり、スイッチ３ｂは電流がある状態での開閉が可能な電流開閉能力を持つスイッチであることが特徴である。【００２９】
次に、スイッチ３ｂとスイッチ４ａ、４ｂの動作タイミングを説明する。
電力貯蔵装置３０の起動時は、スイッチ４ａ、４ｂを先に投入し、確実に投入完了後、スイッチ３ｂを投入するシーケンスとする。
また、電力貯蔵装置３０の停止時は、スイッチ３ｂを先に開放し、確実に開放された後、次いでスイッチ４ａ、４ｂを開放するシーケンスとする。【００３０】
このように、電流が生じる可能性のある回路を最終的に構成する、また最初に回路を開放する役割をスイッチ３ｂに持たせ、スイッチ４ａ、４ｂは、電流の生じることのない、回路が構成されていない状態での開閉動作に限定することが可能となる。
なお、回路を最終的に構成する、あるいは回路を最初に開放するスイッチのみに電流開閉能力を持つスイッチを使用することが実施の形態４のポイントであり、スイッチ４ａ、４ｂ、３ｂの設置位置は図４に示す位置に限定されることはなく、それぞれがその設置位置を交換しても良い。【００３１】
従って、本発明の実施の形態４の構成によれば、スイッチ４ａ、４ｂに電流開閉能力を持たない小型のスイッチが使用可能となるので、実施の形態１〜３の効果に加えて、小型軽量な電力貯蔵装置を得ることが可能となる。
【図１】
2007122672.tif 000003
【図２】
2007122672.tif 000004
【図３】
2007122672.tif 000005
【図４】
2007122672.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月24日(2008.7.24)
【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】
入出力端子間にそれぞれ複数セルの接続体からなるモジュールを互いに複数個直列接続してなる電力貯蔵装置において、前記複数個直列接続されてなるモジュールは、それぞれ少なくとも２つのモジュール直列接続体を１グループとした複数のグループの直列体から構成され、上記各グループ内のモジュール接続箇所をそれぞれ接地抵抗を介して接地し、上記入出力端子と前記モジュールとの間に第１のスイッチを挿入すると共に上記モジュール直列接続体からなる各グループ間の接続箇所に第２のスイッチを設けたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチの一方と前記第２のスイッチは、電流開閉能力を持たず、電流がない状態での開閉のみが可能なスイッチとしたことを特徴とする請求項１の電力貯蔵装置。
【請求項３】
上記一つのグループのモジュール直列接続箇所とこれに隣り合うグループのモジュール直列接続箇所間に、一定以上の電圧が存在する場合にその旨を報知する報知装置を接続したことを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵装置。
【請求項４】
前記報知装置は、表示灯であることを特徴とする請求項３に記載の電力貯蔵装置。
【請求項５】
前記報知装置は、ブザーであることを特徴とする請求項３に記載の電力貯蔵装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明の電力貯蔵装置は、  入出力端子間にそれぞれ複数セルの接続体からなるモジュールを互いに複数個直列接続してなる電力貯蔵装置において、前記複数個直列接続されてなるモジュールは、それぞれ少なくとも２つのモジュール直列接続体を１グループとした複数のグループの直列体から構成され、上記各グループ内のモジュール接続箇所をそれぞれ接地抵抗を介して接地し、上記入出力端子と前記モジュールとの間に第１のスイッチを挿入すると共に上記モジュール直列接続体からなる各グループ間の接続箇所に第２のスイッチを設けたことを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
なお、表示装置５ａは、スイッチ３ａ〜３ｃの開放動作が確実にされたかを視覚的に確認するために設けてある。その動作について以下に説明する。
表示装置５ａは、その電圧ＶＬを検出し、一定以上の電圧が存在する場合に表示灯を点滅させ、電圧が存在することを表示する機能を有する。なお、表示灯を点滅の変わりにブザーを鳴動させる等の報知手段とすることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月31日(2008.10.31)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
入出力端子間にそれぞれ複数セルの接続体からなるモジュールを互いに複数個直列接続してなるモジュール直列接続体を備えた電力貯蔵装置において、前記モジュール直列接続体は、少なくとも２つの前記モジュールを直列接続したものを１グループとした複数グループから構成し、前記各グループ内の前記モジュール間の接続箇所はそれぞれ接地抵抗を介して接地され、前記入出力端子の一方側の正極端子と前記モジュール直列接続体の最大電圧側端子との間、および上記入出力端子の他方側の負極端子と前記モジュール直列接続体の最小電圧側端子との間にそれぞれ第１のスイッチを設け、前記グループ間の接続箇所に第２のスイッチを設けたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記一つのグループ内の前記モジュールの直列接続箇所と、これに隣り合う前記グループ内の前記モジュールの直列接続箇所との間に、一定以上の電圧が存在する場合にその旨を報知する報知装置を接続したことを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明の電力貯蔵装置は、入出力端子間にそれぞれ複数セルの接続体からなるモジュールを互いに複数個直列接続してなるモジュール直列接続体を備えた電力貯蔵装置において、前記モジュール直列接続体は、少なくとも２つの前記モジュールを直列接続したものを１グループとした複数グループから構成し、前記各グループ内の前記モジュール間の接続箇所はそれぞれ接地抵抗を介して接地され、前記入出力端子の一方側の正極端子と前記モジュール直列接続体の最大電圧側端子との間、および上記入出力端子の他方側の負極端子と前記モジュール直列接続体の最小電圧側端子との間にそれぞれ第１のスイッチを設け、前記グループ間の接続箇所に第２のスイッチを設けたことを特徴とするものである。
【国際調査報告】
2007122672.tif 000007
2007122672.tif 000008