JP2003079070A - 電力貯蔵システム - Google Patents

電力貯蔵システム

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JP2003079070A
JP2003079070A JP2001252286A JP2001252286A JP2003079070A JP 2003079070 A JP2003079070 A JP 2003079070A JP 2001252286 A JP2001252286 A JP 2001252286A JP 2001252286 A JP2001252286 A JP 2001252286A JP 2003079070 A JP2003079070 A JP 2003079070A
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electrolytic solution
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Nobuyuki Tokuda
信幸 徳田
Yasuhei Kikuoka
泰平 菊岡
Ryuyu Iwata
竜祐 岩田
Shiyuuji Sakashita
秀爾 阪下
Tetsuhiro Kawamoto
哲裕 川本
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Kansai Electric Power Co Inc
Daihen Corp
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Kansai Electric Power Co Inc
Daihen Corp
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便、経済的な構成で、電解液循環型２次電
池の待機中に停電が発生した場合の循環用ポンプの早期
起動を確保するとともに、運転損失が少なく、しかも非
常用電源としても使用できる付加価値の高い電力貯蔵シ
ステムを得ることを目的とする。 【解決手段】 電解液循環型の２次電池からなる補助電
池１３を直流／交流変換装置５の直流側に接続し、主電
池４の待機中に交流電源８が停電した場合、補助電池１
３から直流／交流変換装置５を経て循環用ポンプ３ａ、
３ｂに駆動電源を供給することにより、停電発生後主電
池４の放電動作の早期開始を可能として非常用電源とし
ても使用できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電解液循環型の
２次電池を用いて通常時は負荷平準化を行うとともに、
交流電源の停電時には、非常用電源として重要負荷への
電力供給を行う電力貯蔵システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、鉛蓄電池に替わる新形２次電池と
して、亜鉛臭素電池、亜鉛塩素電池、レドックスフロー
電池等の電解液循環型の２次電池が実用化されつつあ
る。そして、これら２次電池を利用して夜間電力を充電
し、この蓄えた電力を昼間の需要負荷に供給して負荷平
準化またはピークカットを行う電力貯蔵システムが開発
されつつある。
【０００３】図１５は、この種従来の電力貯蔵システム
を適用した、需要家における電力供給設備を示す回路構
成図である。図において、４は電解液循環型の２次電池
で、陽、陰電極を有する電池モジュール１と電解液タン
ク２ａ、２ｂと両者間で電解液を循環する循環用ポンプ
３ａ、３ｂとを備えている。５は直流／交流変換装置、
８は電力会社の交流電源、６は自家用発電機などの非常
用電源、７は交流負荷で、ここでは、コンピュータ用等
の短時間停電でも問題となる重要負荷７ａ、非常時に運
転する非常用負荷７ｂ、更に、照明や空調等の通常負荷
７ｃ、７ｄが接続されている。そして、重要負荷７ａ
は、その瞬停対策から電力変換部９ａと鉛蓄電池９ｂと
からなる無停電電源装置９に接続されている。
【０００４】電解液循環型２次電池である、例えば亜鉛
臭素電池においては、夜間の電力を用いて充電すると、
電解液である臭化亜鉛溶液から陰極に亜鉛を析出し、陽
極に臭素を発生させて化学エネルギーに変化させて電力
を電池内部に蓄える。そして、昼間のピーク電力期間に
亜鉛と臭素の反応から臭化亜鉛に変化させ、化学エネル
ギーを電気エネルギーに変えて負荷に電力を供給する。
また、レドックスフロー電池は、電子価の変化を利用し
て電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄え、同様に
負荷平準化に用いられる。
【０００５】そして、通常の負荷平準化運転では、２次
電池４の充電後放電までおよび放電後充電までの待機中
は、補機損失を低減するため循環用ポンプ３ａ、３ｂを
停止する。放電指令が出ると、循環用ポンプ３ａ、３ｂ
を起動しその後電解液が循環する状態になった段階で交
流負荷７への放電動作に入る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の電
力貯蔵システムを、負荷平準化用途以外に交流電源の停
電時のバックアップ用電源や非常用電源としても使用可
とすることで電力貯蔵システムの付加価値を高めること
が検討されている。しかるに、既述した通り、補機損失
の低減や自己放電の防止のため、２次電池４の待機中
は、循環用ポンプ３ａ、３ｂを停止させている。
【０００７】従って、そのままでは、主電池４は非常用
の電源の代替とはなり得ず、非常用電源６が別途必要と
なる。この代替を可能とするためには、常時、電解液を
循環してスタンバイ状態にしておくことが必要になる
が、この場合は、循環用ポンプ３ａ、３ｂの補機損失や
電解液循環による自己放電が大きくなり、省エネの観点
から望ましくない。
【０００８】この解決策として、例えば、特開平１１−
３１５２２号公報には、図１２に点線で示すように、循
環用ポンプ３ａ、３ｂを無停電電源装置９で駆動する方
式が紹介されている。この場合、停電発生後、速やかに
循環用ポンプ３ａ、３ｂを起動して２次電池４の放電動
作の早期開始が可能となる。しかるに、無停電電源装置
９は電力変換部９ａと鉛蓄電池等の２次電池９ｂとから
なり、一般に高価であり、循環用ポンプの駆動電源とし
て専用の無停電電源装置を設けるのは経済的な負担が大
きくなる。
【０００９】また、別途、無停電電源供給を必要とする
コンピュータ等の重要負荷がある場合は、循環用ポンプ
とこれら重要負荷とで共用の無停電電源装置を設置すれ
ばよいが、これら重要負荷自体、費用面から最少限の容
量に設定されるのが普通であるため、循環用ポンプ負荷
との共用化で無停電電源装置の必要容量は増大し、コス
トアップは避けられない。
【００１０】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、簡便、経済的な構成で、電解液
循環型２次電池の待機中に停電が発生した場合の循環用
ポンプの早期起動を確保するとともに、運転損失が少な
く、しかも非常用電源としても使用できる付加価値の高
い電力貯蔵システムを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電力貯蔵システムは、電池スタックと電解液タンクと
両者間で電解液を循環する循環用ポンプとを有し充放電
可能な主電池、およびこの主電池と交流電源との間に接
続された直流／交流変換装置を備え、充電指令または放
電指令に基づき上記循環用ポンプを駆動し上記電解液を
循環させた状態で上記主電池の充放電動作を行い、上記
充放電指令が出ていない待機中は上記循環用ポンプを停
止するようにした電力貯蔵システムにおいて、充放電可
能な補助電池を上記直流／交流変換装置の直流側に接続
し、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記補助電池から上記直流／交流変換装置を経て上
記循環用ポンプに駆動電源を供給することにより、上記
停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を可能とし
たものである。
【００１２】また、請求項２に係る電力貯蔵システム
は、その直流／交流変換装置を、直流／直流変換部と直
流／交流変換部との直列接続体で構成し、主電池は上記
両変換部の中間接続点に接続し、補助電池は上記直流／
直流変換部を経て上記中間接続点に接続するようにした
ものである。
【００１３】また、請求項３に係る電力貯蔵システムの
主電池は、その電圧変動が所定の範囲内のときは両変換
部の中間接続点に接続し、その電圧変動が上記所定の範
囲外のときは直流／直流変換部を経て上記中間接続点に
接続するようにしたものである。
【００１４】また、請求項４に係る電力貯蔵システム
は、その直流／交流変換装置を、一端が主電池に接続さ
れた主電池側直流／直流変換部と一端が補助電池に接続
された補助電池側直流／直流変換部と直流側が上記両直
流／直流変換部の他端に接続され交流側が交流電源に接
続された直流／交流変換部で構成したものである。
【００１５】また、請求項５に係る電力貯蔵システム
は、その直流／交流変換装置を複数の並列接続体で構成
し、主電池の充放電動作時は上記並列接続体の全部を接
続して動作状態とし、上記主電池の待機中は上記並列接
続体の一部を接続して動作状態とするようにしたもので
ある。
【００１６】また、請求項６に係る電力貯蔵システムの
補助電池は、その電池スタックまたはおよび電解液タン
クを主電池のそれの一部と共用し、この共用部分の電池
スタックと電解液タンクとの間で電解液を循環する補助
循環用ポンプを備えたものである。
【００１７】また、請求項７に係る電力貯蔵システム
は、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記循環用ポンプに駆動電源を供給することによ
り、上記停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を
可能とする、充放電可能な補助電池を備え、上記補助電
池は、その電解液タンクを上記主電池の電解液タンクと
共用し、補助電池スタックおよびこの補助電池スタック
と上記共用電解液タンクとの間で電解液を循環する補助
循環用ポンプを備えたものである。
【００１８】また、請求項８に係る電力貯蔵システム
は、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記循環用ポンプに駆動電源を供給することによ
り、上記停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を
可能とする、充放電可能な補助電池を備え、上記主電池
の電池スタックを複数の電池スタックユニットの直並列
接続体で構成するとともに、上記電池スタックユニット
の全部を活かして上記主電池としての出力を取り出す主
電池回路接続と上記電池スタックユニットの一部を活か
して上記補助電池としての出力を取り出す補助電池回路
接続とを切り替える接続切替手段、および上記電池スタ
ックユニットの一部と上記電解液タンクとの間で電解液
を循環する補助循環用ポンプを備えたものである。
【００１９】また、請求項９に係る電力貯蔵システム
は、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記循環用ポンプに駆動電源を供給することによ
り、上記停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を
可能とする、充放電可能な補助電池を備え、上記主電池
の電池スタックを複数の電池スタックユニットの直並列
接続体で構成するとともに、上記電池スタックユニット
の全部を活かして上記主電池としての出力を取り出す主
電池回路接続と上記電池スタックユニットの一部を活か
して上記補助電池としての出力を取り出す補助電池回路
接続とを切り替える接続切替手段、補助電解液タンク、
および上記電池スタックユニットの一部と上記補助電解
液タンクとの間で電解液を循環する補助循環用ポンプを
備え、上記補助循環用ポンプによって上記電池スタック
ユニットの一部に循環させるときの電解液と上記循環用
ポンプによって上記電池スタックユニットの全部に循環
させるときの電解液とを混合させないようにしたもので
ある。
【００２０】また、請求項１０に係る電力貯蔵システム
は、その交流側が交流電源に接続された交流／直流変換
器、および直流側が上記交流／直流変換器の直流側に交
流側が交流負荷に接続された直流／交流変換器を備え、
上記両変換器の中間接続点に請求項１ないし９のいずれ
かに記載の補助電池を接続することにより、上記交流負
荷への無停電電源供給を可能としたものである。
【００２１】また、請求項１１に係る電力貯蔵システム
は、その交流側が交流電源に接続され直流側が直流負荷
に接続された交流／直流変換器を備え、上記直流側に請
求項１ないし９のいずれかに記載の補助電池を接続する
ことにより、上記直流負荷への無停電電源供給を可能と
したものである。
【００２２】また、請求項１２に係る電力貯蔵システム
は、電池スタックと電解液タンクと両者間で電解液を循
環する循環用ポンプとを有し充放電可能な主電池、およ
びこの主電池と交流電源との間に接続された直流／交流
変換装置を備え、充電指令または放電指令に基づき上記
循環用ポンプを駆動し上記電解液を循環させた状態で上
記主電池の充放電動作を行い、上記充放電指令が出てい
ない待機中は上記循環用ポンプを停止するようにした電
力貯蔵システムにおいて、上記主電池を、その待機中、
上記電池スタック内に電解液が貯留する構成とし、上記
主電池の待機中に上記交流電源が停電した場合、上記主
電池から上記直流／交流変換装置を経て上記循環用ポン
プに駆動電源を供給するようにしたものである。
【００２３】また、請求項１３に係る電力貯蔵システム
は、その主電池の待機中、交流電源から直流／交流変換
装置を経て上記主電池を浮動充電するようにしたもので
ある。
【００２４】また、請求項１４に係る電力貯蔵システム
は、その主電池の電圧を検出し、上記主電池の待機中、
上記電圧検出値が所定の下限値未満になると循環用ポン
プを運転し、上記電圧検出値が上記下限値より高い所定
の上限値を超えると上記循環用ポンプを停止させるポン
プ制御手段を備えたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１における電力貯蔵システムを適用した需要
家電力設備を示す回路構成図である。図において、４は
亜鉛臭素電池等の電解液循環型２次電池で、ここでは、
後述する補助電池１３との関係から主電池と呼ぶものと
する。主電池４は３つの電池スタック１ａ、１ｂ、１ｃ
からなる電池モジュール１と、正極用および負極用の電
解液タンク２ａ、２ｂと、電解液を電解液タンク２ａ、
２ｂと電池スタック１ａ、１ｂ、１ｃとの間で循環させ
る循環用ポンプ３ａ、３ｂとからなっている。ここで、
正極用の電解液タンク２ａから出た電解液は、図中、実
線で示すように、循環用ポンプ３ａ→電池スタック１
ａ、１ｂ、１ｃ→電解液タンク２ａと循環する。また、
負極用の電解液タンク２ｂから出た電解液は、図中、点
線で示すように、循環用ポンプ３ｂ→電池スタック１
ｃ、１ｂ、１ａ→電解液タンク２ｂと循環する。
【００２６】５は主電池４と交流電源８との間に接続さ
れた直流／交流変換装置で、直流／直流変換部である双
方向動作のＤＣ／ＤＣコンバータ５ａと直流／交流変換
部である双方向動作のインバータ５ｂとからなる。７は
交流負荷で、コンピュータ等の重要負荷７ａと、非常用
負荷７ｂと、昼間の操業時間帯に負荷状態となるピーク
負荷７ｃと、その他の一般負荷７ｄとがある。
【００２７】１３は電解液循環型の２次電池である補助
電池で、補助電池スタック１０、補助電解液タンク１２
ａ、１２ｂ、および両者間で電解液を循環する補助循環
用ポンプ１１ａ、１１ｂを備えている。そして、この補
助電池１３はスイッチＳ９を介して直流／交流変換装置
５の直流側に接続されている。ここで、主電池４の容量
としては、負荷平準化の目的からピーク負荷７ｃに相当
する容量を有することは勿論、この発明では、非常用電
源としての機能から、交流電源８の停電時は、少なくと
も負荷７ａ、７ｂへの電力供給をこの主電池４から行う
ものとする。また、補助電池１３の容量としては、主電
池４の待機中に停電が生じた場合、主電池４が放電動作
に立ち上がる迄、自己の補助循環用ポンプ１１ａ、１１
ｂと、主電池４の循環用ポンプ３ａ、３ｂおよび重要負
荷７ａに電力を供給できる、比較的短時間定格で小容量
のものでよい。
【００２８】なお、図１では図示を省略しているが、直
流／交流変換装置５および両電池４、１３の制御装置の
電源は、小容量のもので済み、ここでは、主電池４の待
機時や交流電源８の停電時を問わず常に確保されている
ものとする。
【００２９】次に動作について説明する。先ず、夜間電
力で主電池４、補助電池１３を充電する場合は、一般
に、両電池４、１３の電圧が異なるので、両者別々に行
う。即ち、スイッチＳ１０をＯＦＦ、スイッチＳ８、Ｓ
９をＯＮにして、直流／交流変換装置５の直流側に所定
の直流電圧を発生させ補助電池１３を充電する。この
間、補助循環用ポンプ１１ａ、１１ｂはスイッチＳ１７
をＯＮにして交流電源８からの電源で駆動される。主電
池４の充電は、スイッチＳ９をＯＦＦ、スイッチＳ１０
をＯＮにし、直流／交流変換装置５の直流側に主電池用
の所定の直流電圧を発生させて行う。この間、循環用ポ
ンプ３ａ、３ｂはスイッチＳ１６をＯＮにして交流電源
８からの電源で駆動される。
【００３０】上記充電動作中に停電が起こったときは、
スイッチＳ６を高速にＯＦＦするとともに、放電動作に
切り換え、主電池４または補助電池１３から直流／交流
変換装置５を介して循環用ポンプ３ａ、３ｂまたは補助
循環用ポンプ１１ａ、１１ｂ、更に重要負荷７ａおよび
非常用負荷７ｂに電力を供給する。
【００３１】この充電が完了し、充電指令も放電指令も
出ていない待機中は、スイッチＳ１０をＯＦＦにすると
ともに、主電池４の電池モジュール１の電解液は自己放
電を防止するため電解液タンク２ａ、２ｂに抜かれ、ま
た、循環用ポンプ３ａ、３ｂも電力損失を防止するため
スイッチＳ１６をＯＦＦして停止させる。小容量の補助
電池１３は停電発生に備え、スイッチＳ９をＯＮに保つ
とともに、スイッチＳ１７をＯＮにして補助循環用ポン
プ１１ａ、１１ｂは常時運転状態としておく。なお、こ
の間、補助循環用ポンプ１１ａ、１１ｂは間欠運転とし
てもよいが、要は直流／交流変換装置５により補助電池
１３を浮動充電の状態に保っておく。
【００３２】図１で示す各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態
は、この主電池４の待機中における状態を表している
（後述の図も同様である）。なお、主電池４の充放電指
令が出ていない待機状態としては、上述した、充電完了
後放電動作迄の期間のほか、放電完了後充電動作迄の期
間もあるが、上述した動作と同様である。但し、後者の
待機中から停電発生に至る可能性を考慮すると、この待
機中の段階においても、主電池４は非常用負荷７ｂ等へ
の電力供給を行う蓄電量を保持しておく必要がある。
【００３３】上記待機中に停電が起こると、スイッチＳ
６を直ちにＯＦＦし、直流／交流変換装置５が放電モー
ドで動作し、補助電池１３から直流／交流変換装置５を
介して補助循環用ポンプ１１ａ、１１ｂおよび重要負荷
７ａに電力を供給する。同時に、スイッチＳ１６をＯＮ
し、循環用ポンプ３ａ、３ｂに電力を供給する。循環用
ポンプ３ａ、３ｂの起動後、電池モジュール１と電解液
タンク２ａ、２ｂとの間で電解液の循環が十分な状態に
達すると、スイッチＳ９をＯＦＦ、スイッチＳ１０をＯ
Ｎに高速に切り換え、主電池４から直流／交流変換装置
５を介して循環用ポンプ３ａ、３ｂ、重要負荷７ａおよ
び非常用負荷７ｂに電力を供給する。
【００３４】負荷平準化プログラムにより、待機中から
所定時刻に放電動作に入る場合は、当該時刻の直前に放
電指令が出され、先ず、スイッチＳ１６をＯＮして循環
用ポンプ３ａ、３ｂが起動される。電解液の循環が十分
な状態になると、スイッチＳ９をＯＦＦ、スイッチＳ１
０をＯＮして主電池４から直流／交流変換装置５を介し
てピーク負荷７ｃ等に電力を供給する。スイッチＳ９を
ＯＦＦすることで、補助電池１３は放電することなく、
停電に備えてその蓄電量を保つ。
【００３５】図２に主電池４の放電特性を示す。放電と
ともに緩やかに電圧が低下し、放電末期には急激に電圧
が低下する。一般に、この急激な電圧低下が起こる手前
の予め定められた電圧Ｖ１を放電終止電圧として電池電
圧がこの電圧Ｖ１になるまでの範囲で充放電が繰り返さ
れる。但し、電解液循環型の２次電池である亜鉛臭素電
池やレドックスフロー電池は、初期充電や完全放電を行
うときがあり、零Ｖからの充電や零Ｖまでの放電が必要
となる。このような場合、図１の直流／交流変換装置５
はＤＣ／ＤＣコンバータ５ａとインバータ５ｂとで構成
しているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ５ａが上記の大幅
な電圧変動を吸収することで、主電池４の初期充電や完
全放電が可能となる。ＤＣ／ＤＣコンバータ５ａが主電
池４の電圧変動を吸収するので、インバータ５ｂはほぼ
一定電圧の変換で済み、仕様が簡便安価となる。
【００３６】放電動作中に停電が起こったときは、スイ
ッチＳ６を高速度にＯＦＦする。循環用ポンプ３ａ、３
ｂそして重要負荷７ａ、非常用負荷７ｂには、主電池４
から直流／交流変換装置５を介して電力が継続的に供給
される。
【００３７】以上のように、この実施の形態１では、主
電池４の待機中は循環用ポンプ３ａ、３ｂを停止して電
力損失の軽減と自己放電の防止が可能となるとともに、
この待機中に停電が起こったときも、補助電池１３を電
源として循環用ポンプ３ａ、３ｂを直ちに起動し、主電
池４の放電動作の早期開始が実現して非常用電源として
機能することで電力貯蔵システムとしての付加価値が増
大する。しかも、補助電池１３用の変換装置を主電池４
用の直流／交流変換装置５と共用できるので、装置とし
てのコストが低減する利点がある。
【００３８】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２における電力貯蔵システムを適用した電力設備を示
す回路構成図である。図１の実施の形態１と異なるの
は、主電池４をＤＣ／ＤＣコンバータ５ａとインバータ
５ｂとの中間接続点に接続した点のみである。補助電池
１３は図１と同様、ＤＣ／ＤＣコンバータ５ａとインバ
ータ５ｂとを介して充放電動作を行う。従って、ＤＣ／
ＤＣコンバータ５ａの電圧変換を適宜調整することによ
り、主電池４と補助電池１３の電圧が異なっていてもス
イッチＳ９、Ｓ１０を共にＯＮして両者を同時に充電す
ることができ能率が向上する。
【００３９】また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５ａは両ポン
プ３ａ、３ｂ、１１ａ、１１ｂおよび重要負荷７ａに供
給する容量をもてばよいので、小容量化できコストダウ
ンとなる。但し、前述した主電池４の初期充電や完全放
電には、別の専用充放電装置が必要となる。他の動作は
実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００４０】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３における電力貯蔵システムを適用した電力設備を示
す回路構成図である。ここでは、図１の主電池４の出力
端のスイッチＳ１０に加え、同出力端とＤＣ／ＤＣコン
バータ５ａ、インバータ５ｂ間の接続点とを接続可能な
スイッチＳ１１を新たに設けている。
【００４１】次に、このスイッチＳ１０、Ｓ１１に関連
する主電池４の充放電の動作について説明する。スイッ
チＳ１０をＯＦＦ、Ｓ１１をＯＮにした放電動作におい
て、主電池４は、図２に示したようにその放電が長時間
にわたると端子電圧が大きく低下し、引き続き放電を行
う場合や再充電を行う場合にインバータ５ｂの動作電圧
範囲外になることがあり、この電圧範囲外になるとイン
バータ５ｂでの充放電ができなくなる。また、亜鉛臭素
電池の場合は、周期的に完全放電を行う必要があり、ま
た、レドックスフロー電池においても定期検査などで完
全放電を行うことがあり、これらを再充電する場合には
インバータ５ｂでは対応できない。
【００４２】そこで、この実施の形態３では、図４にお
いて、主電池４の電圧が上記範囲外まで低下していると
きは、スイッチＳ１１、Ｓ９をＯＦＦ、スイッチＳ１０
をＯＮしてＤＣ／ＤＣコンバータ５ａを介することによ
り零Ｖからの充電または零Ｖまでの放電が可能となる。
充電動作が進み、端子電圧がインバータ５ｂの動作電圧
範囲内になれば、再びスイッチＳ１１をＯＮ、スイッチ
Ｓ１０をＯＦＦにしてインバータ５ｂのみで充電を継続
する。同様に放電の場合は、放電開始後、主電池４の電
圧がインバータ５ｂの動作電圧範囲内にあるときは、ス
イッチＳ１１をＯＮ、スイッチＳ１０をＯＦＦにしてイ
ンバータ５ｂのみで放電し、端子電圧が低くなるとスイ
ッチＳ１０をＯＮ、スイッチＳ１１、Ｓ９をＯＦＦにし
ＤＣ／ＤＣコンバータ５ａを介することにより放電動作
を継続することができる。
【００４３】以上のように、この実施の形態３では、先
の形態２と同様、主電池４の電圧が高いときは、主電池
４と補助電池１３の同時充電が可能になるとともに、大
容量の主電池４の充放電は大部分がインバータ５ｂのみ
を介して行うので直流／交流変換装置５としての損失が
少なく運転効率が良好となる。また、主電池４の初期充
電や完全放電も、別途の充放電装置を必要とすることな
くＤＣ／ＤＣコンバータ５ａを併用することで処理する
ことができる。
【００４４】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４における電力貯蔵システムを適用した電力設備を示
す回路構成図である。ここでは、直流／交流変換装置５
を、主電池側直流／直流変換部である双方向動作のＤＣ
／ＤＣコンバータ５ａと、補助電池側直流／直流変換部
である双方向動作のＤＣ／ＤＣコンバータ５ｃと、直流
／交流変換部である双方向動作のインバータ５ｂとで構
成している。
【００４５】この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ５ａおよ
び５ｃの変換電圧を、それぞれ主電池４および補助電池
１３の電圧に合わせて独立に制御することにより、両電
池４、１３の電圧が異なっていても、スイッチＳ１０、
Ｓ９を同時にＯＮして、その充放電動作が可能となる。
従って、主電池４の初期充電や完全放電を実施する場合
においても、同時に補助電池１３の充放電動作が可能と
なり、補助電池１３の機能が実質的に向上する。ＤＣ／
ＤＣコンバータ５ｃは補助電池１３の容量、電圧、電流
に対応した小規模の定格のものでよいことは当然であ
る。
【００４６】実施の形態５．図６はこの発明の実施の形
態５における電力貯蔵システムを適用した電力設備を示
す回路構成図である。ここでは、直流／交流変換装置５
を、３台のＤＣ／ＤＣコンバータ５ａ１、５ａ２、５ａ
３と、３台のインバータ５ｂ１、５ｂ２、５ｂ３の並列
接続体で構成しており、この並列接続を切り離すための
スイッチＳ１４、Ｓ１５が追加されている。その他は、
実施の形態１の図１と同様である。
【００４７】次に動作を、先の実施の形態１と異なる部
分を中心に説明する。主電池４の充放電動作は、スイッ
チＳ１４、Ｓ１５をＯＮして、３台のＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５ａ１、５ａ２、５ａ３と３台のインバータ５ｂ
１、５ｂ２、５ｂ３をすべて並列接続した状態で行う。
待機時（スイッチＳ１０はＯＦＦ、スイッチＳ９はＯ
Ｎ）は、スイッチＳ１４、Ｓ１５をＯＦＦして、一組の
ＤＣ／ＤＣコンバータ５ａ２とインバータ５ｂ２のみを
接続する。待機時に停電が起こったときは、補助電池１
３からＤＣ／ＤＣコンバータ５ａ２およびインバータ５
ｂ２を介して重要負荷７ａおよび補助循環用ポンプ１１
ａ、１１ｂに電力を供給するとともに、主電池４の循環
用ポンプ３ａ、３ｂを起動する。主電池４の放電動作が
可能になった段階で、スイッチＳ１０、Ｓ１４、Ｓ１５
をＯＮ、スイッチＳ９をＯＦＦして主電池４からＤＣ／
ＤＣコンバータ５ａ１、５ａ２、５ａ３およびインバー
タ５ｂ１、５ｂ２、５ｂ３を介して重要負荷７ａ等に電
力を供給する。
【００４８】以上のように、この実施の形態５では、直
流／交流変換装置５を３つの並列接続体で構成し、主電
池４の充放電時と待機時とで通電する並列接続体を切り
換えるようにしたので、直流／交流変換装置５の発生損
失を低減することができる。なお、図６では、３つの並
列接続体で構成した例を示したが、２つ、４つ等で構成
してもよく、各並列接続体の容量は互いに同一としても
よいが、充放電時と待機時との通電容量の割合によって
は互いに異なる容量のものとしてもよい。また、この直
流／交流変換装置５の並列構成は、先の形態２、３の場
合に適用することも可能である。
【００４９】実施の形態６．図７はこの発明の実施の形
態６における電力貯蔵システムを適用した電力設備を示
す回路構成図である。ここでは、補助電池１３はその補
助電解液タンク１２ａ、１２ｂを設けず、主電池４の電
解液タンク２ａ、２ｂを共用している。このため、主電
池４の電解液は、補助電池１３の分だけその量を多くす
る必要がある。また、図７では、補助電池スタック１０
を別置きとしているが、主電池４のケース内に収容する
ようにしてもよい。
【００５０】既述した通り、通常、主電池４と補助電池
１３とでは電圧が異なるためスイッチＳ９、Ｓ１０をＯ
Ｎして同時に充電することはできない。しかし、電解液
タンクを共用するこの実施の形態５においては、スイッ
チＳ１０をＯＮ、スイッチＳ９をＯＦＦにして主電池４
を充電すると、主電池４で充電された電解液により、補
助電池１３も充電されることになる。このように、補助
電解液タンク１２ａ、１２ｂが不要となる分、コンパク
トで低コストになり、また、補助電池１３の充電動作が
主電池４の充電動作によって同時になされるので、この
間の処理が簡便となる。他の動作については、先の実施
の形態１の場合と同様である。なお、補助電池１３の構
成としては先の各形態例のものにも適用することができ
る。
【００５１】実施の形態７．図８はこの発明の実施の形
態７における電力貯蔵システムを適用した電力設備を示
す回路構成図である。ここでは、補助電池を別に設ける
のではなく、主電池４の一部を共用する形で構成されて
いる。図９は電池モジュール１の内部構成を示す。電池
モジュール１は一般に複数の電池スタックユニットの直
並列接続で必要な電圧、容量を持たせている。図９の例
では、３直列、３並列、計９個の電池スタックユニット
１ａ１〜１ｃ３で構成されている。そして、ここでは、
この内、電池スタックユニット１ｃ３のみを補助電池用
に共用するものとし、補助循環用ポンプ１１ａ、１１ｂ
はこの電池スタックユニット１ｃ３と電解液タンク２
ａ、２ｂとの間で電解液を循環するようその管路が構成
されている。
【００５２】即ち、正極用の電解液タンク２ａから出た
電解液は、図中、実線で示すように、主電池用の循環用
ポンプ３ａ→電池スタック１ａ、１ｂ、１ｃ→電解液タ
ンク２ａと循環する。また、以上の経路と並列に、補助
電池用の補助循環用ポンプ１１ａ→電池スタック１ｃ→
電解液タンク２ａと循環する。同様に、負極用の電解液
タンク２ｂから出た電解液は、図中、点線で示すよう
に、主電池用の循環用ポンプ３ｂ→電池スタック１ｃ、
１ｂ、１ａ→電解液タンク２ｂと循環する。また、以上
の経路と並列に、補助電池用の補助循環用ポンプ１１ｂ
→電池スタック１ｃ→電解液タンク２ｂと循環する。
【００５３】更に、電池スタックユニットの全部を活か
して主電池としての出力を取り出す主電池回路接続と電
池スタックユニット１ｃ３を活かして補助電池としての
出力を取り出す補助電池回路接続とを切り替える接続切
替手段としてのスイッチＳ１２、Ｓ１２′、Ｓ１２″を
備えている。
【００５４】次に、充放電の動作について説明する。主
電池の充電は、スイッチＳ１０、Ｓ１０′、Ｓ１２、Ｓ
１２′をＯＮ、スイッチＳ１２″をＡ側に接続し、循環
用ポンプ３ａ、３ｂを駆動した状態で行う。充電が完了
し待機中になると、スイッチＳ１２、Ｓ１２′をＯＦ
Ｆ、スイッチＳ１２″をＢ側に接続する。そして、循環
用ポンプ３ａ、３ｂを停止し、電池スタックユニット１
ｃ３以外の電解液を電解液タンク２ａ、２ｂに抜き取
る。補助循環用ポンプ１１ａ、１１ｂを駆動して電池ス
タックユニット１ｃ３のみに電解液を循環する。
【００５５】この待機中に停電が起こると、スイッチＳ
６を直ちにＯＦＦして交流電源８との切り離しを行い、
補助電池として機能する電池スタックユニット１ｃ３か
ら直流／交流変換装置５を介して、少なくとも補助循環
用ポンプ１１ａ、１１ｂ、重要負荷７ａに電力を供給す
るとともに、主電池４の循環用ポンプ３ａ、３ｂを起動
する。電解液が全ての電池スタックユニットに循環する
に至った段階でスイッチＳ１２、Ｓ１２′をＯＮ、スイ
ッチＳ１２″をＡ側に接続して主電池回路接続を形成
し、直流／交流変換装置５を介して重要負荷７ａ等へ電
力を供給する。
【００５６】以上のように、この実施の形態７では、主
電池４の一部を共用して補助電池とするので、補助電池
を別途設ける必要がなくなり、装置の小形化、コスト低
減が実現する。また、補助電池の充電動作が主電池の充
電動作によって同時になされ、この間の処理が簡便とな
る。なお、補助電池の構成としては、先の形態１〜５の
ものにも適用することができる。
【００５７】実施の形態８．図１０はこの発明の実施の
形態８における電力貯蔵システムを適用した電力設備を
示す回路構成図である。先の実施の形態７と異なるの
は、主電池４における補助電池の構成で、この実施の形
態８では、電解液タンクを主電池用の電解液タンク２
ａ、２ｂと補助電池用の補助電解液タンク１２ａ、１２
ｂとに分けて、両経路の電解液が混合しないようにして
いる。
【００５８】即ち、主電池正極用の電解液タンク２ａを
出た電解液は、図中、実線で示すように、循環用ポンプ
３ａ→電解スタック１ａ、１ｂ、１ｃ→電解液タンク２
ａと循環し、補助電池正極用の補助電解液タンク１２ａ
を出た電解液は、補助循環用ポンプ１１ａ→電池スタッ
ク１ｃ（ユニット１ｃ３）→補助電解液タンク１２ａと
循環する。また、主電池負極用の電解液タンク２ｂを出
た電解液は、図中、点線で示すように、循環用ポンプ３
ｂ→電池スタック１ｃ、１ｂ、１ａ→電解液タンク２ｂ
と循環し、補助電池負極用の補助電解液タンク１２ｂを
出た電解液は、補助循環用ポンプ１１ｂ→電池スタック
１ｃ（ユニット１ｃ３）→補助電解液タンク１２ｂと循
環する。そして、主電池の充放電動作で循環用ポンプ３
ａ、３ｂを駆動しているときは、補助循環用ポンプ１１
ａ、１１ｂは停止させ、電解液タンク２ａ、２ｂからの
電解液は、電池スタックユニットの全部に循環する。主
電池が待機動作に入ると、循環用ポンプ３ａ、３ｂは停
止して電解液はすべて電解液タンク２ａ、２ｂに溜り、
補助循環用ポンプ１１ａ、１１ｂを駆動して補助電解液
タンク１２ａ、１２ｂからの電解液を電池スタックユニ
ット１ｃ３のみに循環させる。
【００５９】先の形態６、７では、主電池の充電動作に
より補助電池も充電されるが、電解液が共通であるた
め、主電池の充放電動作に伴い補助電池の蓄電容量（放
電可能容量）が変化するという欠点がある。この実施の
形態８では、補助電池は停電時に備えて常時、満充電の
状態に保つことができる。
【００６０】実施の形態９．図１１はこの発明の実施の
形態９における電力貯蔵システムを適用した電力設備を
示す回路構成図である。この実施の形態９は、形態７の
補助電池を利用して重要負荷７ａへ無瞬断の無停電電源
供給を可能とするものである。図において、１４ａは交
流／直流変換器であるコンバータ、１４ｂは直流／交流
変換器であるインバータで、両者の中間接続点と主電池
４とをスイッチＳ１８を介して接続している。
【００６１】主電池４の充電時および正常な放電時は、
主電池４の内部を主電池回路接続とし、スイッチＳ１８
をＯＦＦ、スイッチＳ１０、Ｓ１３、Ｓ８をＯＮとし
て、先の形態７と同様の動作となる。待機時は、主電池
４の内部を補助電池回路接続とし、スイッチＳ１３、Ｓ
８をＯＦＦ、スイッチＳ１０、Ｓ１８をＯＮとして電池
スタックユニット１ｃ３によるバックアップ態勢をと
る。この待機中に停電が起こると、スイッチＳ６を直ち
にＯＦＦし、電池スタックユニット１ｃ３を電源として
インバータ１４ｂを介して重要負荷７ａに無瞬断で電力
を供給する。同時に、スイッチＳ１３、Ｓ８、Ｓ１６を
ＯＮし、直流／交流変換装置５を介して主電池４の循環
用ポンプ３ａ、３ｂを起動する。主電池４の運転が可能
になると、主電池回路接続に切り替え、スイッチＳ３を
ＯＮし、以後、主電池４で、重要負荷７ａおよび非常用
負荷７ｂに電力供給を行い、スイッチＳ１７はＯＦＦし
て補助循環用ポンプ１１ａ、１１ｂを停止する。
【００６２】以上のように、この実施の形態９では、主
電池４の待機中に停電が起こった場合、その主電池４の
一部の電池スタックユニット１ｃ３を共用して構成され
た補助電池を電源として、循環用ポンプ３ａ、３ｂを起
動し主電池４の早期放電動作を実現するとともに、重要
負荷７ａへの無瞬断の電力供給が可能となる。また、こ
の重要負荷７ａへは、常に専用のコンバータ１４ａおよ
びインバータ１４ｂから電力を供給するので、他の変動
負荷の影響を受けることなく良品質の電力供給が実現す
る。
【００６３】ところで、この重要（交流）負荷７ａに替
って、または、重要負荷７ａと別に、重要直流負荷が存
在する場合には、交流／直流変換器であるコンバータの
直流側に、上記重要直流負荷を接続するとともにスイッ
チＳ１８を介して補助電池（電池スタックユニット１ｃ
３）を接続することにより、上記重要直流負荷への無瞬
断の電力供給が可能となる。
【００６４】なお、この形態９で説明した無停電電源を
構成する補助電池としては、必ずしも形態７で説明し
た、主電池４の一部電池スタックユニットを共用するも
のに限らず、実施の形態１〜６、８で説明した各種の補
助電池を使用することができる。また、上記各形態例で
は、補助電池としていずれも主電池と同様の電解液循環
型の２次電池としているが、必ずしもこのタイプに限ら
れるものではなく、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン電
池などの他の種類の２次電池であってもよく、更に、電
気２重層コンデンサやフライホイールなどの蓄電手段で
あってもよい。また、上記各形態例では、循環用ポンプ
を交流モータ駆動のものとして、補助電池から直流／交
流変換装置を介してその駆動電源を供給するようにした
が、循環用ポンプを直流モータ駆動のものとする場合
は、補助電池から直接供給するようにしてもよい。
【００６５】実施の形態１０．以上で説明した各実施の
形態では、いずれも、主電池はその待機中、補機損失を
低減するため循環用ポンプを停止するとともに、自己放
電を防止するため電解液を電池モジュールから抜いて電
解液タンクに溜めておくタイプのものである。これに対
し、同じ電解液循環型の２次電池ではあるが、自己放電
が比較的小さく、待機中も電解液を電池モジュールから
抜き出す必要がないタイプの２次電池も開発されてい
る。勿論、以上のような新しいタイプの電解液循環型２
次電池を主電池に適用した場合にも主電池の待機中はそ
の循環用ポンプを停止させているため、この待機中に停
電が発生した場合、主電池の放電動作を早期に立ち上げ
るための対策が必要であり、この実施の形態１０はその
一解決策を実現するものである。
【００６６】図１２はこの発明の実施の形態１０におけ
る電力貯蔵システムを適用した電力設備を示す回路構成
図である。ここでは、主電池４が待機中停電したときの
循環用ポンプ３ａ，３ｂへの電力は主電池４自体から供
給するので、先の形態例で適用した補助電池は不要とな
る。
【００６７】次に動作について説明するが、負荷平準化
の目的で行う主電池４の充放電動作については先の実施
の形態１の場合と全く同様であるので説明は省略する。
補助電池は存在しないため、当然ながらその充電動作は
ない。
【００６８】以下、主電池４の待機中に停電が発生した
場合の動作について説明する。図１２の各スイッチのＯ
Ｎ／ＯＦＦ状態は、この主電池４の待機中における状態
を表している。スイッチＳ１６はＯＦＦで主電池４の循
環用ポンプ３ａ，３ｂは停止しているが、先の実施の形
態１の場合と異なり、主電池４の電池モジュール１内に
は先に充電された電解液が貯留している。従って、循環
用ポンプ３ａ，３ｂが停止し電解液が循環していない状
態であっても主電池４として一定量の蓄電量を有してい
る。この実施の形態１０では、この電池モジュール１内
の電解液で発揮される蓄電量を利用して循環用ポンプ３
ａ，３ｂを起動させる。
【００６９】即ち、主電池４の待機中に停電が起こる
と、直ちに、スイッチＳ６をＯＦＦ、スイッチＳ１０を
ＯＮするとともにスイッチＳ１６をＯＮし、主電池４か
ら直流／交流変換装置５を介して循環用ポンプ３ａ，３
ｂおよび重要負荷７ａに電力を供給する。循環用ポンプ
３ａ，３ｂが起動すると、電解液の循環が開始され、主
電池４は正規の放電動作に移行する。従って、この起動
時に主電池４に必要とされる蓄電量としては、循環用ポ
ンプ３ａ，３ｂの起動後主電池４が正規の放電動作に移
行するまでの期間、循環用ポンプ３ａ，３ｂおよび重要
負荷７ａに電力を供給できる過渡的な放電負荷量で足り
る。この蓄電量と過渡的な放電負荷量との関係によって
は、例えば、重要負荷７ａへ電力を供給するタイミング
を多少遅らせるようにしてもよい。
【００７０】以上のように、この実施の形態１０では、
補助電池を備えることなく、主電池４の待機中に停電が
起こった場合の主電池４の放電動作を速やかに立ち上げ
ることができる。
【００７１】なお、主電池４の待機中もスイッチＳ１０
をＯＮするとともに、直流／交流変換装置５を動作さ
せ、交流電源８から直流／交流変換装置５を介して主電
池４を浮動充電するようにすれば、主電池４の電池モジ
ュール１に貯留する電解液は常に最高位に充電された状
態に保たれるので、この状態で停電が発生した場合、循
環用ポンプ３ａ，３ｂや重要負荷７ａへの電力の供給が
より確実になされる。
【００７２】実施の形態１１．図１３はこの発明の実施
の形態における電力貯蔵システムを適用した電力設備を
示す回路構成図である。図において、２０は主電池４の
電圧を検出する電圧検出器、２１は電圧検出値に応じて
循環用ポンプ３ａ，３ｂの運転を制御する制御部であ
る。ここでも実施の形態１０と同様、主電池４に比較的
自己放電の少ないタイプの電解液循環型の２次電池を採
用しているが、自己放電が無いわけではなく、電池モジ
ュール１に貯留する電解液の量等によっては一定時間経
過後かなり急に電圧が低下し放電能力が落ちる。この実
施の形態１１は、以上の不具合発生を未然に防止せんと
するものである。
【００７３】次に、主電池４の待機期間における動作を
図１４のタイミングチャートを参照して説明する。図１
４において、仮に、主電池４の待機中も循環用ポンプ３
ａ，３ｂを停止させず運転した場合の電圧経過を示す。
この場合、電池モジュール１内の電解液が絶えず入れ替
わるので、図に示すように、電圧の低下は僅かである。
これに対し、実線の特性がこの実施の形態１１の場合で
ある。
【００７４】即ち、主電池４の待機動作と同時に循環用
ポンプ３ａ，３ｂを停止するが、電圧検出器２０により
主電池４の電圧を監視し、電池モジュール１内に貯留し
た電解液の自己放電により電圧が急減して第１設定値
（下限値）未満になると制御部２１が動作して循環用ポ
ンプ３ａ，３ｂを運転する。この第１設定値としては、
これ以上電圧が低下すると循環用ポンプ３ａ，３ｂを運
転しても電圧回復ができなくなる限度値に適当な余裕を
持たせた値に設定する。循環用ポンプ３ａ，３ｂが運転
されると電解液タンク２ａ，２ｂ内の充電された電解液
が電池モジュール１に供給されるので、図に示すように
電圧は急速に回復し、定格電圧に近い値に設定された第
２設定値（上限値）を超えると再び制御部２１が動作し
て循環用ポンプ３ａ，３ｂを停止させる。
【００７５】制御部２１は以上の動作を繰り返して循環
用ポンプ３ａ，３ｂの間欠運転を行う。従って、主電池
４待機中の循環用ポンプ３ａ，３ｂの実質運転期間はご
く短時間に留まり、主電池４待機中の補機損低減という
課題を果たし、且つ、主電池４を常に良好な状態に保
ち、交流電源８の停電時には必要な負荷への電力供給を
確実に実現することができる。
【００７６】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
る電力貯蔵システムは、電池スタックと電解液タンクと
両者間で電解液を循環する循環用ポンプとを有し充放電
可能な主電池、およびこの主電池と交流電源との間に接
続された直流／交流変換装置を備え、充電指令または放
電指令に基づき上記循環用ポンプを駆動し上記電解液を
循環させた状態で上記主電池の充放電動作を行い、上記
充放電指令が出ていない待機中は上記循環用ポンプを停
止するようにした電力貯蔵システムにおいて、充放電可
能な補助電池を上記直流／交流変換装置の直流側に接続
し、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記補助電池から上記直流／交流変換装置を経て上
記循環用ポンプに駆動電源を供給することにより、上記
停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を可能とし
たので、電力貯蔵システムを非常用電源としても使用で
きてその付加価値が高まるとともに、補助電池により循
環用ポンプを駆動する場合に必要となる変換装置を主電
池の充放電用の直流／交流変換装置と共用するので、装
置のコストが低減する。
【００７７】また、請求項２に係る電力貯蔵システム
は、その直流／交流変換装置を、直流／直流変換部と直
流／交流変換部との直列接続体で構成し、主電池は上記
両変換部の中間接続点に接続し、補助電池は上記直流／
直流変換部を経て上記中間接続点に接続するようにした
ので、主電池と補助電池との同時充電が可能となって能
率が向上するとともに、直流／直流変換部の容量を低減
できコストが下がる。
【００７８】また、請求項３に係る電力貯蔵システムの
主電池は、その電圧変動が所定の範囲内のときは両変換
部の中間接続点に接続し、その電圧変動が上記所定の範
囲外のときは直流／直流変換部を経て上記中間接続点に
接続するようにしたので、別途の充放電装置を必要とす
ることなく、主電池の初期充電や完全放電の処理が可能
となり経済的に有利となる。
【００７９】また、請求項４に係る電力貯蔵システム
は、その直流／交流変換装置を、一端が主電池に接続さ
れた主電池側直流／直流変換部と一端が補助電池に接続
された補助電池側直流／直流変換部と直流側が上記両直
流／直流変換部の他端に接続され交流側が交流電源に接
続された直流／交流変換部で構成したので、主電池と補
助電池との電圧が異なる場合も、両電池の同時充放電が
可能になる。
【００８０】また、請求項５に係る電力貯蔵システム
は、その直流／交流変換装置を複数の並列接続体で構成
し、主電池の充放電動作時は上記並列接続体の全部を接
続して動作状態とし、上記主電池の待機中は上記並列接
続体の一部を接続して動作状態とするようにしたので、
直流／交流変換装置の発生損失を低減することができ
る。
【００８１】また、請求項６に係る電力貯蔵システムの
補助電池は、その電池スタックまたはおよび電解液タン
クを主電池のそれの一部と共用し、この共用部分の電池
スタックと電解液タンクとの間で電解液を循環する補助
循環用ポンプを備えたので、補助電池のコストが低減す
るとともに、装置としても小形化が実現する。
【００８２】また、請求項７に係る電力貯蔵システム
は、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記循環用ポンプに駆動電源を供給することによ
り、上記停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を
可能とする、充放電可能な補助電池を備え、上記補助電
池は、その電解液タンクを上記主電池の電解液タンクと
共用し、補助電池スタックおよびこの補助電池スタック
と上記共用電解液タンクとの間で電解液を循環する補助
循環用ポンプを備えたので、補助電池のコストが低減す
るとともに、装置としても小形化が実現する。更に、主
電池の充電動作で同時に補助電池も充電され能率が向上
する。
【００８３】また、請求項８に係る電力貯蔵システム
は、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記循環用ポンプに駆動電源を供給することによ
り、上記停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を
可能とする、充放電可能な補助電池を備え、上記主電池
の電池スタックを複数の電池スタックユニットの直並列
接続体で構成するとともに、上記電池スタックユニット
の全部を活かして上記主電池としての出力を取り出す主
電池回路接続と上記電池スタックユニットの一部を活か
して上記補助電池としての出力を取り出す補助電池回路
接続とを切り替える接続切替手段、および上記電池スタ
ックユニットの一部と上記電解液タンクとの間で電解液
を循環する補助循環用ポンプを備えたので、補助電池の
コストが低減するとともに、装置としても小形化が実現
し、更に、主電池の充電動作で同時に補助電池も充電さ
れ能率が向上する。
【００８４】また、請求項９に係る電力貯蔵システム
は、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場
合、上記循環用ポンプに駆動電源を供給することによ
り、上記停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を
可能とする、充放電可能な補助電池を備え、上記主電池
の電池スタックを複数の電池スタックユニットの直並列
接続体で構成するとともに、上記電池スタックユニット
の全部を活かして上記主電池としての出力を取り出す主
電池回路接続と上記電池スタックユニットの一部を活か
して上記補助電池としての出力を取り出す補助電池回路
接続とを切り替える接続切替手段、補助電解液タンク、
および上記電池スタックユニットの一部と上記補助電解
液タンクとの間で電解液を循環する補助循環用ポンプを
備え、上記補助循環用ポンプによって上記電池スタック
ユニットの一部に循環させるときの電解液と上記循環用
ポンプによって上記電池スタックユニットの全部に循環
させるときの電解液とを混合させないようにしたので、
補助電池のコストが低減するとともに、装置としても小
形化が実現し、停電に備えて、補助電池を常に満充電の
状態に保つことができる。
【００８５】また、請求項１０に係る電力貯蔵システム
は、その交流側が交流電源に接続された交流／直流変換
器、および直流側が上記交流／直流変換器の直流側に交
流側が交流負荷に接続された直流／交流変換器を備え、
上記両変換器の中間接続点に請求項１ないし９のいずれ
かに記載の補助電池を接続することにより、上記交流負
荷への無停電電源供給を可能としたので、電力貯蔵シス
テムを非常用電源としても使用できてその付加価値が高
まるとともに、上記交流負荷への無瞬断の無停電電源供
給も可能となる。
【００８６】また、請求項１１に係る電力貯蔵システム
は、その交流側が交流電源に接続され直流側が直流負荷
に接続された交流／直流変換器を備え、上記直流側に請
求項１ないし９のいずれかに記載の補助電池を接続する
ことにより、上記直流負荷への無停電電源供給を可能と
したので、電力貯蔵システムを非常用電源としても使用
できてその付加価値が高まるとともに、上記直流負荷へ
の無瞬断の無停電電源供給も可能となる。
【００８７】また、請求項１２に係る電力貯蔵システム
は、電池スタックと電解液タンクと両者間で電解液を循
環する循環用ポンプとを有し充放電可能な主電池、およ
びこの主電池と交流電源との間に接続された直流／交流
変換装置を備え、充電指令または放電指令に基づき上記
循環用ポンプを駆動し上記電解液を循環させた状態で上
記主電池の充放電動作を行い、上記充放電指令が出てい
ない待機中は上記循環用ポンプを停止するようにした電
力貯蔵システムにおいて、上記主電池を、その待機中、
上記電池スタック内に電解液が貯留する構成とし、上記
主電池の待機中に上記交流電源が停電した場合、上記主
電池から上記直流／交流変換装置を経て上記循環用ポン
プに駆動電源を供給するようにしたので、補助電池等別
途の充放電手段を要することなく、待機中停電発生時の
主電池の立ち上げを速やかに行うことができる。
【００８８】また、請求項１３に係る電力貯蔵システム
は、その主電池の待機中、交流電源から直流／交流変換
装置を経て上記主電池を浮動充電するようにしたので、
待機中の主電池を満充電の状態に維持し、停電発生時の
主電池の立ち上げ動作がより確実になされる。
【００８９】また、請求項１４に係る電力貯蔵システム
は、その主電池の電圧を検出し、上記主電池の待機中、
上記電圧検出値が所定の下限値未満になると循環用ポン
プを運転し、上記電圧検出値が上記下限値より高い所定
の上限値を超えると上記循環用ポンプを停止させるポン
プ制御手段を備えたので、待機中の主電池の電圧を高レ
ベルに維持し、停電発生時の主電池の立ち上げ動作がよ
り確実になされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における電力貯蔵シ
ステムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図２】 主電池４の放電特性を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２における電力貯蔵シ
ステムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態３における電力貯蔵シ
ステムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態４における電力貯蔵シ
ステムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態５における電力貯蔵シ
ステムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態６における電力貯蔵シ
ステムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態７における電力貯蔵シ
ステムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図９】 図８の電池モジュール１の内部構成を示す図
である。
【図１０】 この発明の実施の形態８における電力貯蔵
システムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図１１】 この発明の実施の形態９における電力貯蔵
システムを適用した電力設備を示す回路構成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態１０における電力貯
蔵システムを適用した電力設備を示す回路構成図であ
る。
【図１３】 この発明の実施の形態１１における電力貯
蔵システムを適用した電力設備を示す回路構成図であ
る。
【図１４】 図１３の制御部２１によるポンプ制御の動
作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】 従来の電力貯蔵システムを適用した電力設
備を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１ 電池モジュール、１ａ，１ｂ，１ｃ 電池スタッ
ク、２ａ，２ｂ 電解液タンク、３ａ，３ｂ 循環用ポ
ンプ、４ 主電池、５ 直流／交流変換装置、５ａ，５
ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５ｂ インバータ、７ 交
流負荷、８ 交流電源、１０ 補助電池スタック、１１
ａ，１１ｂ 補助循環用ポンプ、１２ａ，１２ｂ 補助
電解液タンク、１３ 補助電池、１４ａ コンバータ、
１４ｂ インバータ、２０ 電圧検出器、２１ 制御
部。
フロントページの続き (72)発明者 菊岡 泰平 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 岩田 竜祐 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 阪下 秀爾 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 川本 哲裕 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 Ｆターム(参考） 5G015 GA11 HA18 JA52 5H026 AA10 RR01 5H030 AS03 BB01 BB12 BB21 FF51 5H032 AA03 AA04 BB08

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電池スタックと電解液タンクと両者間で
    電解液を循環する循環用ポンプとを有し充放電可能な主
    電池、およびこの主電池と交流電源との間に接続された
    直流／交流変換装置を備え、充電指令または放電指令に
    基づき上記循環用ポンプを駆動し上記電解液を循環させ
    た状態で上記主電池の充放電動作を行い、上記充放電指
    令が出ていない待機中は上記循環用ポンプを停止するよ
    うにした電力貯蔵システムにおいて、 充放電可能な補助電池を上記直流／交流変換装置の直流
    側に接続し、上記主電池の待機中に上記交流電源が停電
    した場合、上記補助電池から上記直流／交流変換装置を
    経て上記循環用ポンプに駆動電源を供給することによ
    り、上記停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を
    可能としたことを特徴とする電力貯蔵システム。
  2. 【請求項２】 直流／交流変換装置を、直流／直流変換
    部と直流／交流変換部との直列接続体で構成し、主電池
    は上記両変換部の中間接続点に接続し、補助電池は上記
    直流／直流変換部を経て上記中間接続点に接続するよう
    にしたことを特徴とする請求項１記載の電力貯蔵システ
    ム。
  3. 【請求項３】 主電池は、その電圧変動が所定の範囲内
    のときは両変換部の中間接続点に接続し、その電圧変動
    が上記所定の範囲外のときは直流／直流変換部を経て上
    記中間接続点に接続するようにしたことを特徴とする請
    求項２記載の電力貯蔵システム。
  4. 【請求項４】 直流／交流変換装置を、一端が主電池に
    接続された主電池側直流／直流変換部と一端が補助電池
    に接続された補助電池側直流／直流変換部と直流側が上
    記両直流／直流変換部の他端に接続され交流側が交流電
    源に接続された直流／交流変換部で構成したことを特徴
    とする請求項１に記載の電力貯蔵システム。
  5. 【請求項５】 直流／交流変換装置を複数の並列接続体
    で構成し、主電池の充放電動作時は上記並列接続体の全
    部を接続して動作状態とし、上記主電池の待機中は上記
    並列接続体の一部を接続して動作状態とするようにした
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
    電力貯蔵システム。
  6. 【請求項６】 補助電池は、その電池スタックまたはお
    よび電解液タンクを主電池のそれの一部と共用し、この
    共用部分の電池スタックと電解液タンクとの間で電解液
    を循環する補助循環用ポンプを備えたことを特徴とする
    請求項１ないし５のいずれかに記載の電力貯蔵システ
    ム。
  7. 【請求項７】 電池スタックと電解液タンクと両者間で
    電解液を循環する循環用ポンプとを有し充放電可能な主
    電池、およびこの主電池と交流電源との間に接続された
    直流／交流変換装置を備え、充電指令または放電指令に
    基づき上記循環用ポンプを駆動し上記電解液を循環させ
    た状態で上記主電池の充放電動作を行い、上記充放電指
    令が出ていない待機中は上記循環用ポンプを停止するよ
    うにした電力貯蔵システムにおいて、 上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場合、上
    記循環用ポンプに駆動電源を供給することにより、上記
    停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を可能とす
    る、充放電可能な補助電池を備え、 上記補助電池は、その電解液タンクを上記主電池の電解
    液タンクと共用し、補助電池スタックおよびこの補助電
    池スタックと上記共用電解液タンクとの間で電解液を循
    環する補助循環用ポンプを備えたことを特徴とする電力
    貯蔵システム。
  8. 【請求項８】 電池スタックと電解液タンクと両者間で
    電解液を循環する循環用ポンプとを有し充放電可能な主
    電池、およびこの主電池と交流電源との間に接続された
    直流／交流変換装置を備え、充電指令または放電指令に
    基づき上記循環用ポンプを駆動し上記電解液を循環させ
    た状態で上記主電池の充放電動作を行い、上記充放電指
    令が出ていない待機中は上記循環用ポンプを停止するよ
    うにした電力貯蔵システムにおいて、 上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場合、上
    記循環用ポンプに駆動電源を供給することにより、上記
    停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を可能とす
    る、充放電可能な補助電池を備え、 上記主電池の電池スタックを複数の電池スタックユニッ
    トの直並列接続体で構成するとともに、上記電池スタッ
    クユニットの全部を活かして上記主電池としての出力を
    取り出す主電池回路接続と上記電池スタックユニットの
    一部を活かして上記補助電池としての出力を取り出す補
    助電池回路接続とを切り替える接続切替手段、および上
    記電池スタックユニットの一部と上記電解液タンクとの
    間で電解液を循環する補助循環用ポンプを備えたことを
    特徴とする電力貯蔵システム。
  9. 【請求項９】 電池スタックと電解液タンクと両者間で
    電解液を循環する循環用ポンプとを有し充放電可能な主
    電池、およびこの主電池と交流電源との間に接続された
    直流／交流変換装置を備え、充電指令または放電指令に
    基づき上記循環用ポンプを駆動し上記電解液を循環させ
    た状態で上記主電池の充放電動作を行い、上記充放電指
    令が出ていない待機中は上記循環用ポンプを停止するよ
    うにした電力貯蔵システムにおいて、 上記主電池の待機中に上記交流電源が停電した場合、上
    記循環用ポンプに駆動電源を供給することにより、上記
    停電発生後上記主電池の放電動作の早期開始を可能とす
    る、充放電可能な補助電池を備え、 上記主電池の電池スタックを複数の電池スタックユニッ
    トの直並列接続体で構成するとともに、上記電池スタッ
    クユニットの全部を活かして上記主電池としての出力を
    取り出す主電池回路接続と上記電池スタックユニットの
    一部を活かして上記補助電池としての出力を取り出す補
    助電池回路接続とを切り替える接続切替手段、補助電解
    液タンク、および上記電池スタックユニットの一部と上
    記補助電解液タンクとの間で電解液を循環する補助循環
    用ポンプを備え、上記補助循環用ポンプによって上記電
    池スタックユニットの一部に循環させるときの電解液と
    上記循環用ポンプによって上記電池スタックユニットの
    全部に循環させるときの電解液とを混合させないように
    したことを特徴とする電力貯蔵システム。
  10. 【請求項１０】 交流側が交流電源に接続された交流／
    直流変換器、および直流側が上記交流／直流変換器の直
    流側に交流側が交流負荷に接続された直流／交流変換器
    を備え、上記両変換器の中間接続点に請求項１ないし９
    のいずれかに記載の補助電池を接続することにより、上
    記交流負荷への無停電電源供給を可能としたことを特徴
    とする電力貯蔵システム。
  11. 【請求項１１】 交流側が交流電源に接続され直流側が
    直流負荷に接続された交流／直流変換器を備え、上記直
    流側に請求項１ないし９のいずれかに記載の補助電池を
    接続することにより、上記直流負荷への無停電電源供給
    を可能としたことを特徴とする電力貯蔵システム。
  12. 【請求項１２】 電池スタックと電解液タンクと両者間
    で電解液を循環する循環用ポンプとを有し充放電可能な
    主電池、およびこの主電池と交流電源との間に接続され
    た直流／交流変換装置を備え、充電指令または放電指令
    に基づき上記循環用ポンプを駆動し上記電解液を循環さ
    せた状態で上記主電池の充放電動作を行い、上記充放電
    指令が出ていない待機中は上記循環用ポンプを停止する
    ようにした電力貯蔵システムにおいて、 上記主電池を、その待機中、上記電池スタック内に電解
    液が貯留する構成とし、上記主電池の待機中に上記交流
    電源が停電した場合、上記主電池から上記直流／交流変
    換装置を経て上記循環用ポンプに駆動電源を供給するよ
    うにしたことを特徴とする電力貯蔵システム。
  13. 【請求項１３】 主電池の待機中、交流電源から直流／
    交流変換装置を経て上記主電池を浮動充電するようにし
    たことを特徴とする請求項１２記載の電力貯蔵システ
    ム。
  14. 【請求項１４】 主電池の電圧を検出し、上記主電池の
    待機中、上記電圧検出値が所定の下限値未満になると循
    環用ポンプを運転し、上記電圧検出値が上記下限値より
    高い所定の上限値を超えると上記循環用ポンプを停止さ
    せるポンプ制御手段を備えたことを特徴とする請求項１
    ２記載の電力貯蔵システム。
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