JP2014075906A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建物の火災に伴い蓄電装置に収納したリチウムイオン電池の爆発的な燃焼を抑制可能とする。
【解決手段】蓄電装置１２は、複数のリチウムイオン電池を収納した電池モジュール３０を備え、商用交流系統から入力した交流電力を、スイッチング電源部２６で直流電力に変換し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して電池モジュール３０に蓄電して利用する。住警器で火災を検出して送信した火災連動信号を無線通信部４５で受信した場合に、電池モジュール３０に蓄電した直流電力を、急速放電部５０のスイッチ部５２による放電用抵抗５４の接続、及び又は、双方向ＤＣ／ＤＣインバータ２８及びＤＣ／ＡＣコンバータ３２を経由した商用交流系統の負荷への電力供給により放電してリチウムイオン電池の充電率を低下させ、火が回った場合の爆発的な燃焼を抑制する制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、住宅等の建物内に配置し、交流系統の交流電力を直流電力に変換して、複数のリチウムイオン電池を収納した電池モジュールに蓄電して利用する据置型の蓄電装置に関する。

近年、一般住宅、オフィス、公共施設などを対象にした定置型の蓄電装置が急速に広がっている。

定置型の蓄電装置は、建物内に引き込まれた商用交流系統のコンセント等に接続して入力した交流電力を直流電力に変換して蓄電し、テレビ、パーソナルコンピュータ等の電子機器、照明機器といった日常生活で重要度の高い負荷、所謂重要負荷を接続しておくことで、商用交流系統の停電時は勿論のこと、平常時にも、必要に応じて蓄電した直流電力を交流電力に変換して出力して動作するようにしている。

また、商用交流系統からの交流電力による蓄電装置の蓄電を、電気料金が安くなる深夜の時間帯に行い、消費電力が最大となる昼間の電力ピークの時間帯に、蓄電装置に蓄電した直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給し、商用交流系統からの電力消費を低減し、節電と経済的な電力の活用を可能としている。

蓄電装置には、セルと呼ばれる単電池を複数接続した電池モジュール（組電池）が組み込まれており、蓄電装置に搭載する単電池は、従来の鉛電池やニッケル・水素電池から、小型で容量が大きく、一般家庭でも充電が可能なリチウムイオン電池へ移行しており、リチウムイオン電池を用いたことで、数百Ｗｈから２〜３ｋＷｈ程度の蓄電容量をもった建物内に簡単に設置して使用可能な小型の蓄電装置を実現している。

また、公共施設や病院などを対象に費用の全額を補助する公的な財政措置が採られることで、防災対策の観点からも蓄電装置の普及が強力に推し進められている。

特開２００２−２３８２４６号公報 特開２００９−０６４８０９号公報 特開２０１１−０４４７０３号公報

このようなリチウムイオン電池を使用した蓄電装置の広範な普及に伴い、火災に見舞われた建物に蓄電装置が設置されている場合も今後は増加することが想定される。

蓄電装置が設置された建物が火災に見舞われた場合、火災の状況によっては、建物内に配置している蓄電装置が火炎に暴露されることが想定され、蓄電装置内が高温となり、引火点を超える温度に達すると、収納しているリチウムイオン電池が発火する懸念がある。

リチウムイオン電池には、ジメチルカーボネイト、ジエチルカーボネートなどの引火性有機溶媒を含む電解液が使用されており、この電解液は、石油製品等と同様に引火点を持つため、消防法上の危険物（引火性液体）に該当する。

しかしながら、リチウムイオン電池１本当りの電解液量は、２ｃｃ〜１００ｃｃ程度と微量であり、複数のリチウムイオン電池を接続した電池モジュールとしても、消防法上の危険物に該当する量に達しないことから、リチウムイオン電池としての安全基準を満足していれば、消防法上の規制を受けることは、原則としてはない。

しかしながら、リチウムイオン電池を火炎に曝して行った燃焼実験によれば、リチウム電池の充電率により、燃焼の規模に変化があることが報告されている。

蓄電装置に収納したリチウムイオン電池は、その充電率が貯蔵状態では５０％にあり、深夜電力等を利用した商用交流系系統から充電により充電率１００％の満充電となっている。

例えば充電率５０％のリチウムイオン電池は、燃焼時の火花を伴う最大の炎は３０〜４０センチ程度の広がりとなるが、充電率が１００％になると燃焼時の火花を伴う炎は１メートルを超える範囲に広がっている。このためリチウムイオン電池は火炎に曝されて燃焼した場合、充電率が高いほど、燃焼による火花を伴う炎の範囲が広がり、燃焼の度合いが爆発的に拡大する。

このような燃焼性状をもつリチウムイオン電池を多数収納した据置型の蓄電装置が建物火災による火炎に暴露され、万一、一つでもリチウムイオン電池が発火した場合、内部に収納している他のリチウムイオン電池が連鎖的に発火することが懸念され、このときリチウムイオン電池が１００％の満充電又はこれに近い充電率にあると、連鎖的な爆発火災を引き起こす危険な状況におかれる。

本発明は、建物の火災に伴うリチウムイオン電池の爆発的な燃焼を抑制可能とする蓄電装置を提供することを目的とする。

（蓄電装置）
本発明は、複数のリチウムイオン電池を収納した電池モジュールを備え、直流電力を電池モジュールに蓄電して利用する蓄電装置に於いて、
蓄電装置を設置した建物の火災を検出して火災検出信号を出力する火災検出手段と、
火災検出手段からの火災検出信号を受信した場合に、電池モジュールに蓄電した直流電力を放電してリチウムイオン電池の充電率を低下させる制御手段と、
を設けたことを特徴とする。

（抵抗接続による放電動作）
制御手段は、火災検出信号を受信した場合に、電池モジュールに抵抗手段を接続して蓄電した直流電力を放電する。

（交流電力への変換による放電動作）
制御手段は、火災検出信号を受信した場合に、電池モジュールの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給することにより、電池モジュールに蓄電した直流電力を放電する。

（抵抗接続と交流電力への変換による放電動作）
制御手段は、火災検出信号を受信した場合に、電池モジュールの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給することにより蓄電した直流電力を放電すると共に、電池モジュールに抵抗手段を接続して蓄電した直流電力を放電する。

（交流電力への変換による放電動作の詳細）
本発明の蓄電装置は、
外部から入力した交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、
直流電力を交流電力に変換して外部へ出力するＤＣ／ＡＣコンバータと、
スイッチング電源部からの直流電圧を所定電圧に変換して電池モジュールへ直流電力を供給して充電する充電変換と、電池モジュールからの直流電圧を他の所定電圧に変換してＤＣ／ＡＣインバータへ供給して放電する放電変換を行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
外部から入力した交流電力をスイッチング電源部及びＤＣ／ＡＣインバータをバイパスして外部に出力するバイパス電路を開閉するバイパス開閉部と、
スイッチング電源部、ＤＣ／ＡＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びバイパス開閉部を制御する制御手段と、
を備え、
制御手段は、火災検出信号を受信した場合に、スイッチング電源部を停止状態に制御し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを放電変換の動作状態に制御し、ＤＣ／ＡＣインバータを動作状態に制御し、更に、バイパス開閉部のバイパス電路を開いた状態に制御することにより、電池モジュールに蓄電した直流電力を負荷に供給して放電させる。

（住警器との連動）
火災検出手段は、住宅内に設置した火災警報手段で火災を検出して無線又は有線送信された火災連動信号を受信した場合に、制御手段へ火災検出信号を出力して電池モジュールに蓄電した直流電力を放電させる。

（火災報知設備との連動）
火災検出手段は、建物内に設置した火災報知設備で火災を検出して無線又は有線送信された火災移報信号を受信した場合に、制御手段へ火災検出信号を出力して電池モジュールに蓄電した直流電力を放電させる。

（装置自身で火災検知）
火災検出手段は、蓄電装置に設けられた火災センサ部であり、当該火災センサ部で検出した検出した温度又は煙濃度が所定閾値以上の場合に、火災検出信号を制御手段へ火災検出信号を出力して電池モジュールに蓄電した直流電力を放電させる。

蓄電装置に設けられた火災センサ部は、火災を検出した場合に火災検出信号を外部へ出力する手段を備える。

（基本的な効果）
本発明の蓄電装置は、建物の火災を検出した火災検出手段からの火災検出信号を受信した場合に、電池モジュールに蓄電した直流電力を放電してリチウムイオン電池の充電率を低下させるようにしたため、火災が発生してから屋内に設置された蓄電装置が火炎に暴露されるまでには、ある程度の時間がかかることから、その間に電池モジュールに蓄電した直流電力の放電を強制的に行って可能な限りリチウムイオン電池の充電率を下げ、万一、火炎に曝されて蓄電装置内のリチウムイオン電池が発火する事態に至っても、例えば０％に近い状態まで放電が進んでいれば、電池内の引火性の電解液が燃焼するだけの小さな炎の燃焼で済み、リチウムイオン電池が火花を伴った炎を吹き出すような爆発火災を連鎖的に起こすことを未然に防止することを可能とする。

（抵抗接続による放電動作の効果）
制御手段は、火災検出信号を受信した場合に、電池モジュールに抵抗手段を接続して蓄電した直流電力を放電するため、抵抗手段の抵抗値を可能な限り大きな放電電流を流すように決めておくことで、電池モジュールの急速放電を可能とし、火災を検出してから可能な限り短い時間でリチウムイオン電池の充電率を０％又はそれに近い値に下げることができる。

（交流電力への変換による放電動作の効果）
制御手段は、火災検出信号を受信した場合に、蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給して、蓄電装置の電池モジュールに蓄電した直流電力を放電するようにしたため、直流電力を交流電力に変換する機能をそのまま利用して、火災を検出してから可能な限り短い時間でリチウムイオン電池の充電率を０％又はそれに近い値に下げることができる。

（抵抗接続と交流電力への変換による放電動作の効果）
制御手段は、火災検出信号を受信した場合に、電池モジュールに蓄電した直流電力を交流電力に変換して負荷に供給して蓄電した直流電力を放電すると共に、蓄電装置の電池モジュールに抵抗手段を接続して蓄電した直流電力を放電するようにしたため、直流電力を交流電力に変換する機能と、抵抗手段の接続による急速放電とを併用することで、更に、放電電流を増やした急速放電を行い、火災を検出してから更に短い時間でリチウムイオン電池の充電率を０％又はそれに近い値に下げることができる。

（火災検出手段による効果）
蓄電装置の火災センサ部による火災検出、一般住宅の場合は火災警報手段が火災を検出した場合に無線又は有線送信する火災連動信号の受信、オフィス、公共施設、病院などの建物の場合は火災報知設備の火災検出で無線又は有線送信する火災移報信号の受信に基づき、制御手段へ火災検出信号を出力して蓄電装置の電池モジュールに蓄電した直流電力を放電するようにしたため、蓄電装置を設置している一般住宅やオフィス、公共施設、病院などの火災検出に連携し、蓄電装置の電池モジュールを確実に放電することを可能とする。

住宅に設置した本発明の蓄電装置を示した説明図 蓄電装置の実施形態を蓄電装置と共に示したブロック図 蓄電装置の内部構造の概略を示した説明図 住警器の概略構成を示したブロック図

［蓄電システムの概要］
図１は住宅に本発明の蓄電装置を配置した蓄電システムの概略を示した説明図である。図１において、住宅１０の所望の部屋には、本発明による蓄電装置１２を設置している。住宅１０には、商用交流系統から例えば単相３線式の電力線が電力メータ１４を経由して引き込まれ、分電盤１６の１次側に接続している。分電盤１６からは単相２線式の電力線が引き出され、建物１０に設けた負荷に交流電力を供給している。

蓄電装置１２は、複数のリチウムイオン電池を直列接続した１又は複数の電池モジュール（組電池）を収納しており、分電盤１６から引き出した電力線に設けたコンセント１８にケーブルをプラグ接続して交流電力を外部から入力し、直流電力に変換して電池モジュールに充電して蓄電する。また、蓄電装置１２は交流出力用のアウトレット３４を備え、ここに商用交流系統の停電時にも動作を必要とする家電機器や情報機器を重要負荷２０としてそのケーブルをプラグ接続している。

平常時、蓄電装置１２は交流電力を入力するインレット１８と交流電力を出力するアウトレット３４の間をバイパス電路により接続しており、このためインレット１８に入力した交流電力はアウトレット３４を介して直接に重要負荷２０に供給され、重要負荷２０は商用交流系統の交流電力により動作している。

蓄電装置１２に設けた電池モジュールの充電は、例えば電気料金が安くなる深夜料金の時間帯に行う。勿論、深夜料金の時間帯以外でも、電池モジュールの充電率が所定値以下に低下した場合においても、電池モジュールの充電を行うことができる。

蓄電装置１２の電池モジュールに蓄電した直流電力の利用は、商用交流系統の停電時は勿論であるが、平常時にあっても、重要負荷２０の消費電力が所定値を超え且つ電池モジュールの充電率が所定値以上の場合に、電池モジュールに蓄電した直流電力を交流電力に変換して重要負荷２０に供給する。

［蓄電装置の構成］
図２は本発明による蓄電装置の実施形態を示したブロック図である。なお、電力線を実線で示し、信号線は点線で示している。

図２において、本実施形態の蓄電装置１２は、電力系回路部として、交流電力を入力するインレット２５、スイッチング電源部２６、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８、電池モジュール３０、ＤＣ／ＡＣインバータ３２、交流電力を出力するアウトレット３４、リレー３６と常開リレー接点３８を備えたバイパス開閉部３５、及び急速放電部５０を備える。また、蓄電装置１２は、制御系回路部として、電池制御部４０．制御手段として機能する制御部４２、操作部４３、表示部４４、アンテナ４５ａを接続した無線通信部４５、火災センサ部４６を備える。

（電力系回路部の構成）
スイッチング電源部２６はインレット２５から入力した交流電力を所定電圧の直流電力に変換して双方向ＤＣ／ＤＣインバータ２８に出力する。スイッチング電源部２６はスイッチングレギュレータとして知られており、入力した交流電力を整流した後にスイッチングにより電力変換し、整流平滑回路により所定電圧に定電圧制御した直流電力を出力する。なお、スイッチング電源部２６の代わりに、交流電力を直流電力に変換する整流平滑回路を設けても良い。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、電池モジュール３０を充電する場合、スイッチング電源部２６から入力した直流電力の直流電圧を所定電圧に例えば降圧して電池モジュール３０に出力して充電させる。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、電池モジュール３０を放電する場合、電池モジュール３０から出力した直流電力の直流電圧を、所定電圧に例えば昇圧してＤＣ／ＡＣインバータ３２へ出力し、電池モジュール３０に蓄えた直流電力を放電させる。

ＤＣ−ＡＣインバータ３２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の放電変換で出力した直流電力を交流電力に変換し、アウトレット３４から外部の負荷に交流電力を出力する。

バイパス開閉部３５は、インレット２５に商用交流電源が入力している平常時に、リレー３６の作動により常開リレー接点３８を閉じ、スイッチング電源部２６及びＤＣ／ＡＣインバータ３２をバイパスしてインレット２５とアウトレット３４の間を直接結ぶ電路を形成し、入力した交流電力をそのままアウトレット３４を介して例えば図１に示した重要負荷２０に供給して動作させている。

電池モジュール３０は複数のリチウムイオン電池を収納している。電池モジュール３０に収納するリチウムイオン電池は非水電解質二次電池であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平な矩形箱状又は円筒状の外装容器に、非水電解液と共に電極体を備えている。リチウムイオン電池の電極体は、例えば、正極板及び負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、さらに、径方向に圧縮することにより、扁平な矩形状又は円筒状に形成している。また、リチウムイオン電池としては、ラミネート型の単電池（フィルム外装電池）を収納容器内に複数配置しても良い。

電池モジュール３０には例えば１８個のリチウムイオン電池を配列して直列接続しており、更に２組の電池モジュール３０を並列接続している。ここで、リチウムイオン電池の平均セル電圧を例えば３．６ボルトとすると、電池モジュールひとつの電圧は約６５ボルトとなり、２組の電池モジュール３０を並列接続することで、電池モジュール３０の出力端子の直流電圧は同じく約６５ボルトとなる。

電池モジュール３０に対しては、複数のリチウムイオン電池を制御する電池制御部４０、及び急速放電部５０を設けている。

電池制御部４０は、セル制御機能と電池制御機能を備える。セル制御機能は、電池制御機能からの指令によって複数のリチウムイオン電池（セル電池）の状態の管理及び制御を行う電池毎に設けた複数の集積回路によって構成する。複数のリチウムイオン電池の状態の管理及び制御には、各リチウムイオン電池の電圧の計測，各リチウムイオン電池の蓄電量の調整などがある。

電池制御機能は、電池モジュール３０の状態を管理及び制御すると共に、上位の制御部４２に電池モジュール３０の状態や許容充放電電力などの充放電制御指令を通知する。電池制御機能による電池モジュール３０の状態の管理及び制御には、バッテリー電圧及び電流の計測、蓄電状態及び劣化状態などの演算、電池モジュール３８の温度の計測、リチウムイオン電池のセル電圧を計測するための指令、セル蓄電量を調整するための指令などの出力などがある。

急速放電部５０は、スイッチ部５２と抵抗手段となる放電抵抗器５４の直列回路を電池モジュール３０に並列接続しており、スイッチ部５２を閉じることで、電池モジュール３０の出力電圧と放電抵抗器５４の抵抗値で決まる放電電流を強制的に流すようにしている。放電抵抗器５４の抵抗値は、電池モジュール３０の最大放電電流に近い電流を流すことを可能とする抵抗値のものを使用する。また放電抵抗器５４には比較的大きな放電電流を流すことから、これに見合った定格ワット数の抵抗器を使用する。例えば放電抵抗器５４としては、大きな定格ワットが得られるセメント抵抗器や巻線抵抗器を使用する。

制御部４３に対し設けた操作部４３は、充電スイッチ、放電スイッチを備え、手動操作により電池モジュール３０の充電と放電を可能とする。また、操作部４２には緊急放電スイッチ設け、利用者による電池モジュールの緊急放電を可能とする。

表示部４４には、交流入力を示す電源灯、充電表示灯、放電表示灯、表示パネルなどを用いた充電率表示部、緊急放電灯などを設けている。

無線通信部４５は、送受信機能を備え、図１に示した住警器２４が火災を検出して警報した場合に無線送信する火災連動信号を受信して制御部４２へ出力し、制御部４２により電池モジュール３０の強制放電を行わせる。

火災センサ部４６は、温度検出部または検煙部である。火災センサ部４６として温度検出部を設けた場合、温度検出素子として例えばサーミスタを使用し、この場合、温度による抵抗値の変化に対応した電圧検出信号が所定値以上の場合に火災を検出して制御部４２へ火災検出信号を出力する。また火災センサ部４６として検煙部を設けた場合、公知の散乱光式検煙構造をもち、所定周期で赤外ＬＥＤを用いた発光部を間欠的に発光駆動し、フォトダイオードなどの受光部で受光した散乱光の受光信号を増幅した煙濃度検出信号が所定値以上の場合に火災を検出して制御部４２へ火災検出信号を出力する。

なお、蓄電装置１２に火災センサ部４６を設ける代わりに、スタンドアロン型の住警器を蓄電装置１２の筐体外部に設置し、その移報信号線を制御部４５に接続し、スタンドアロン型の住警器で火災を検出した場合に、火災検知信号を制御部４２に出力して電池モジュール３０の強制放電を行わせるようにしても良い。

［蓄電装置の構造］
図３は蓄電装置１２の構造の概略を示した説明図である。図３に示すように、蓄電装置１２は、箱形に形成した筐体１５の内部を、仕切板５５により、電池収納区画５６、電力系収納区画５７及び制御系収納区画５８に分割している。電池収納区画５６は例えば２つに分けられ、それぞれ電池モジュール３０を収納している。筐体１５にはストッパ付きの車輪５９を設けている。

電池収納区画５６を囲む仕切板５２は、火炎の暴露による内部温度の上昇を抑えるために例えば厚さ１．６ミリメートル以上の鋼鈑により作られた密閉構造としている。電力系収納区画５７には、電力系回路ユニット２７が設けられ、ここに図２に示したスイッチング電源部２６、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８、ＤＣ／ＡＣインバータ３２、バイパス開閉部３５、及び急速放電部５０の回路ボードを配置し、更に筐体１５の側面にインレット２５とアウトレット３４を配置している。

また、制御系格納区画５８には、図２に示した制御部４２、操作部４３、表示部４４、アンテナ４５ａを接続した無線通信部４５、火災センサ部４６を配置している。

［蓄電装置の制御］
蓄電装置１２の制御部４２は、充放電運転制御と、火災を検出した場合の放電制御を行う。

（蓄電装置の充放電運転制御）
図２に示すように、制御部４２の蓄電運転制御は、例えば一日２４時間単位に充電時間と放電時間を設定したタイムスケジュールを利用者の操作に基づいて作成し、このタイムスケジュールに従って電池モジュール３０の充電制御と放電制御を行う。例えば電気料金の安い深夜料金の時間帯を充電時間帯に設定し、また、昼間の電力ピーク時間帯を放電時間帯に設定する。

制御部４２は、深夜料金となる充電時間帯では、スイッチング電源部２６を動作し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を充電変換に動作し、また、ＤＣ／ＡＣコンバータ３２は停止し、バイパス開閉部３５はリレー３６を非作動として常開リレー接点３８を開き、更に、電池制御部４０に充電を指示する制御を行い、この制御により、インレット２５から入力した交流電力をスイッチング電源部２６で直流電力に変換し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の降圧により充電変換し、電池モジュール３０を充電する。

また、制御部４２は、この充電制御中に、リチウムイオン電池の充電率が１００％となる満充電を検出すると、充電制御を停止する。制御部４２による充電制御の停止は、スイッチング電源部２６と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の動作を停止し、バイパス開閉部３５はリレー３６を作動して常開リレー接点３８を閉じ、インレット２５からアウトレット３４に直接に交流電力を供給した状態とする。

また、制御部４２は、放電時間帯になると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を放電変換に動作し、ＤＣ／ＡＣインバータ３２を動作し、バイパス開閉部３５はリレー３６を非作動として常開リレー接点３８を開き、更に、電池制御部４０に放電を指示する制御を行い、この制御により、電池モジュール３０からの直流電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８で昇圧してＤＣ／ＡＣインバータ３２に入力し、ＤＣ／ＡＣインバータ３２で交流電力に変換し、アウトレット３４から外部の重要負荷などに供給し、電池モジュール３０に蓄電した直流電力を放電して利用する。この場合、制御部４２は電池モジュール３０の充電率を監視しており、所定値の充電率、例えば７５％以下になることを検出すると、放電制御停止する。

また、制御部４２は、インレット２５に対する交流電力が経たれる交流系統の停電を検出した場合は、放電制御の場合と同様に制御するが、電池モジュール３８の充電率が０％になるまで、放電制御を維持する点で相違する。

（蓄電装置の放電制御）
制御部４２は、蓄電装置１２を設置した図１の住宅１０が火災に見舞われた場合、次の放電制御を行う。

住宅１０で万一火災が発生した場合、火元となった部屋に設置している住警器２４が例えば火災に伴う煙濃度を検出し、煙濃度が所定の閾値以上となった場合、連動元を示す火災警報音を出力すると共に警報表示ＬＥＤを点灯し、更に、火災連動信号を無線送信する。

火災を検出して警報した住警器２４が送信した火災連動信号は、住宅１０に設置している他の住警器２４で受信され、連動先を示す火災警報音を出力すると共に警報表示ＬＥＤを例えば点滅する。

火災を検出して警報した住警器２４が送信した火災連動信号は、蓄電装置１２の無線通信部４５でも受信され、制御部４２は、無線通信部４５による火災連動信号の受信を検出した場合、電池モジュール３０に蓄電した直流電力を放電してリチウムイオン電池の充電率を低下させる所謂強制放電制御を行う。

制御部４２は、強制放電制御として第１の強制放電制御と第２の強制放電制御を行う。

制御部４２による第１の強制放電制御は、電池モジュール３０に並列的に接続している急速放電部５０に設けたスイッチ部５２をオンして放電用抵抗５４を接続し、放電用抵抗５４を通して電池モジュール３０から放電電流を流して強制的に放電する。

制御部４２による第２の強制放電制御は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を昇圧変換動作の状態に制御し、また、ＤＣ／ＡＣインバータ３２を動作状態に制御し、更に、バイパス開閉部３５のリレー３６を非作動として常開リレー接点３８を開いた状態に制御する。この制御により、電池モジュール３０に蓄積した直流電力を、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８により昇圧変換してＤＣ／ＡＣインバータ３２へ出力し、ＤＣ／ＡＣインバータ３２により交流電力に変換し、アウトレット３４から外部の重要負荷へ供給する。

なお、制御部４２による第２の強制放電制御は、電池モジュール３０に蓄積した電力を外部の重要負荷に供給して放電させる以外に、住宅内の一般負荷及び電力会社系統を含む商用交流系統に供給して放電させるようにしても良い。この場合の制御は、バイパス開閉部３５のリレー３６を作動して常開リレー接点３８を閉じた状態に制御し、ＤＣ／ＡＣコンバータ３２により変換した交流電力を、アウトレット３４から外部の重要負荷へ供給すると共に、バイパス開閉部３５を経由してインレット２５から住宅内の一般負荷及び電力会社系統を含む商用交流系統に供給して放電させる。

この第２の強制放電制御で制御部４２は、電池制御部４０に許容最大放電電流による放電制御を指示し、電池モジュール３０に設けたリチウムイオン電池を許容最大放電流で放電する制御を行う。

このような制御部４２による第１及び第２の強制放電制御により、例えば満充電となっている電池モジュール３０の放電が急速に行われ、リチウムイオン電池の充電率を急速に低下させる。

図１に示した住警器２４で火災を検出して警報してから、住宅１０に火災が広がり、屋外に設置している蓄電装置１２が火炎に曝され、筐体内の温度が上昇して収納しているリチウムイオン電池が発火するような温度に到達するまでには、ある程度の時間がかかり、その間に、蓄電装置１２の放電が強制的に行われ、万一、リチウムイオン電池が発火する事態に至ったとしても、その充電率は、望ましくは５０％以下に低下していることが期待でき、充電率１００％又はそれに近い充電率の状態で発火した場合に比べ、電池内の引火性の電解液が燃焼するだけの小さな炎の燃焼で済み、リチウムイオン電池が火花を伴った炎を吹き出すような爆発火災を連鎖的に起こすことを未然に防止できる。

一方、蓄電装置１２の放電制御中に、住警器２４が火災復旧を検出して火災復旧連動信号を送信するか、火災でないことを確認して住人が警報器２４の警報停止操作を行うことで警報停止連動信号を送信し、これを無線通信部４５を介して制御部４２が検出すると、それまで行っていた電池モジュール３０の放電制御を停止し、通常のタイムスケジュールに従った運転制御に戻る。

なお、蓄電装置１２に設けた火災センサ部４６で火災を検出した場合にも、制御部４６は、住警器２４からの火災連動信号を受信した場合と同様に、電池モジュール３０の放電制御を行う。この場合、制御部４２は、無線通信部４５に指示し、火災連動信号を住警器２４へ送信して、蓄電装置１２で火災を検出したことを示す火災警報を出力させても良く、無線通信部４５は火災を検出した場合に火災検出信号を外部へ出力する手段として機能する。

［住警器の構成］
図４は無線連動型の住警器２４の機能構成の概略を示したブロック図である。

図４において、住警器２４は、警報制御部６０、センサ部６２、アンテナ６５を接続した通信部６４、報知部６６、操作部６８を備え、図示しない電池電源により動作する。

警報制御部６０は、例えばプログラムの実行により実現される機能である。ハードウェアとしてはＣＰＵ、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路等を使用する。

センサ部６２は温度検出部または検煙部である。センサ部６２として温度検出部を設けた場合、温度検出素子として例えばサーミスタを使用し、この場合、温度による抵抗値の変化に対応した電圧検出信号を警報制御部６０へ出力する。またセンサ部６２として検煙部を設けた場合、公知の散乱光式検煙構造をもち、警報制御部６０の指示により、所定周期で赤外ＬＥＤを用いた発光部を間欠的に発光駆動し、フォトダイオードなどの受光部で受光した散乱光の受光信号を増幅し、煙濃度検出信号を警報制御部４８へ出力する。

無線通信部６４は、他の住警器との間で所定の通信プロトコルに従って火災連動信号を送受信する。この通信プロトコルは、日本国内の場合には、例えば４００ＭＨｚ帯の特定小電力無線局の標準規格として知られたＳＴＤ−３０（小電力セキュリティシステム無線局の無線設備標準規格）又はＳＴＤ−Ｔ６７（特定小電力無線局テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備の標準規格）に準拠する。この火災連動信号は、送信元を示す送信元符号、グループ符号、事象符号、制御コマンド等を含む形式とする。

報知部６６は、スピーカ、警報表示ＬＥＤ及びそれぞれの駆動回路を備え、必要に応じ警報制御部６０の指示によりスピーカから警報音を出力すると共に警報表示ＬＥＤにより警報表示を行う。操作部６８は警報音及び又は警報表示を停止するための操作を受け付ける警報停止スイッチなどの各種スイッチを備える。

警報制御部６０は、次の火災警報制御、火災復旧制御、及び警報停止制御等を行う。

（火災警報制御）
警報制御部６０は、センサ部６２から出力した温度又は煙濃度の検出信号をＡＤ変換により読み込み、所定の閾値以上の場合に火災を検出し、報知部６６から連動元を示す火災警報を出力させる制御を行う。この場合の火災警報として例えば「ピー ピー ピー 火事です 火事です」といった音声メッセージをスピーカから繰り返し出力すると共に警報表示ＬＥＤを例えば点灯して行う。

また、警報制御部６０は、報知部６６から火災警報を出力させた場合、第１通信プロトコルに従った火災連動信号を生成し、無線通信部６４に指示し、他の住警器へ火災連動信号を送信させる制御を行い、当該火災連動信号を受信した他の住警器で連動先を示す火災警報を出力させる。

連動先を示す火災警報器において、警報制御部６０は、無線通信部６４を介して他の住警器が送信した火災連動信号の有効受信を検出した場合、報知部６６からの連動先を示す火災警報を出力させる制御を行う。この場合の連動先を示す火災警報も例えば「ピー ピー ピー 別の警報器が作動しました 確認してください」といった音声メッセージをスピーカから繰り返し出力すると共に警報表示ＬＥＤを例えば点滅して行う。

（火災復旧制御）
警報制御部６０は、センサ部６２の検出信号に基づき温度又は煙濃度が閾値を下回る状態が例えば所定時間継続した場合或いは例えば所定回数連続した場合、火災の復旧（火災検出状態が解消したこと）を検出し、報知部６６からの連動元を示す火災警報出力を停止させると共に、火災復旧連動信号を生成し、無線通信部６４に指示し、当該火災復旧連動信号を他の住警器へ送信させる制御を行い、これを受信した他の住警器に、連動先を示す火災警報出力を停止させる。

また警報制御部６０は、無線通信部６４を介して他の住警器が送信した火災復旧連動信号の有効受信を検出した場合に、報知部６６からの連動先を示す火災警報出力を停止させる制御を行う。

（警報停止制御）
警報制御部６０は、連動元として火災警報の出力中に操作部６８の警報停止スイッチで受け付けた警報停止操作を検出した場合、報知部６６からの連動元を示す火災警報出力を停止させると共に、警報停止連動信号を生成し、無線通信部６４に指示し、当該警報停止連動信号を他の住警器へ送信させる制御を行い、これを受信した他の住警器に、連動先を示す火災警報出力を停止させる。

また警報制御部６０は、無線通信部６４を介して他の住警器が送信した警報停止連動信号の有効受信を検出した場合に、報知部６６からの連動先を示す火災警報出力を停止させる制御を行う。

［本発明の変形例］
（火災報知設備との連動）
上記の実施形態は、住宅に設けた住警器と連携して蓄電装置の放電制御を行う場合を例にとるが、蓄電装置を公共施設、オフィス、病院などの建物に配置する場合、これらの建物には火災報知設備が設けられていることから、火災報知設備の受信機に、火災を検出した場合に、火災移報信号を無線又は有線送信する通信アダプタを設け、蓄電装置の制御部は、無線通信部による火災移報信号の受信を検出した場合、電池モジュールに蓄電した直流電力を放電してリチウムイオン電池の充電率を低下させる強制放電制御を行うようにしても良い。なお、有線送信された火災移報信号を受信する場合、無線通信部は無線受信に伴う回路は必要とせず、移報信号入力接点があればよい。

（病院に配置した蓄電装置の放電制御）
また、病院に配置している蓄電装置は、停電時に停止させるできない医療機器を重要負荷として接続しており、火災を検出し且つ停電となった場合、放電制御により電池モジュールの充電率を０％に下げると医療機器の動作が停止してしまう問題があることから、この場合には、火災報知設備からの火災移報信号の受信に基づき、例えば充電率５０％まで充電したら充電制御を停止し、その後、蓄電装置に設けた火災センサ部で火災を検出した場合に、電池モジュールの放電制御を再開し、この場合には、蓄電装置がまもなく火炎に曝される可能性が高いことから、充電率０％まで充電制御を継続するという、２段階に分けた放電制御を行うようにしても良い。

（放電制御の変形）
上記の実施形態にあっては、火災を検出した場合に、電池モジュールに放電用抵抗を接続して放電する第１の強制放電制御と、蓄電した直流電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの充電変換し、ＤＣ／ＡＣインバータにより直流電力に変換して重要負荷及び商用交流系統へ供給して電池モジュールを放電する第２の強制放電制御を組み合わせているが、第１又は第２の強制放電制御の何れか一方を行うようにしても良い。

また、電池モジュールを強制的に放電する手段は、上記の実施形態に限定されず、適宜の手段をとることができる。例えば、電池モジュールを複数配置して直列接続していた場合、電池モジュールごとに独立した急速放電部を設けて強制的に放電しても良い。

（太陽光発電システムとの連携）
また、上記の実施形態は、商用交流系統から蓄電装置に交流電力を入力して蓄電しているが、太陽光発電システムのパワーコンディショナから商用交流系統に太陽発電に基づく交流電力を供給している場合には、太陽光発電システムにより発電した電力を含む電力を蓄積して利用することとなる。

（蓄電装置の他の構造）
また、上記の実施形態の蓄電装置は、電池モジュール、電力系回路部、制御系回路部を一つの筐体に組み込むようにしているが、それぞれ別々の筐体（ラック）に収納し、これにより電力系回路部と制御系回路部を共通部とし、電池モジュールは必要に応じて数を準備して並列及び又は直列接続することで、電池モジュールの出力電圧を高めたり、電池容量を増加させるような構造としても良い。

（その他）
また本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０：住宅
１２：蓄電装置
１４：電力メータ
１５：筐体
１６：分電盤
１８：コンセント
２０：重要負荷
２４：住警器
２５：インレット
２６：スイッチング電源部
２８：双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０：電池モジュール
３２：ＤＣ／ＡＣインバータ
３４：アウトレット
３５：バイパス開閉部
３６：リレー
３８：常開リレー接点
４０：電池制御部
４２：制御部
４３：操作部
４４：表示部
４５：無線通信部
４６：火災センサ部
５０：急速放電部
５２：スイッチ部
５４：放電用抵抗
５５：仕切板

Claims (9)

1. 複数のリチウムイオン電池を収納した電池モジュールを備え、直流電力を前記電池モジュールに蓄電して利用する蓄電装置に於いて、
   蓄電装置を配置した建物の火災を検出して火災検出信号を出力する火災検出手段と、
   前記火災検出手段からの火災検出信号を受信した場合に、前記電池モジュールに蓄電した直流電力を放電して前記リチウムイオン電池の充電率を低下させる制御手段と、
   を設けたことを特徴とする蓄電装置。
   
2. 請求項１記載の蓄電装置に於いて、前記制御手段は、前記火災検出信号を受信した場合に、前記電池モジュールに抵抗手段を接続して蓄電した直流電力を放電することを特徴とする蓄電装置。
   
3. 請求項１記載の蓄電装置に於いて、前記制御手段は、前記火災検出信号を受信した場合に、前記電池モジュールの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給することにより、前記電池モジュールに蓄電した直流電力を放電することを特徴とする蓄電装置。
   
4. 請求項１記載の蓄電装置に於いて、前記制御手段は、前記火災検出信号を受信した場合に、前記電池モジュールの直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給することにより蓄電した直流電力を放電すると共に、前記電池モジュールに抵抗手段を接続して蓄電した直流電力を放電することを特徴とする蓄電装置。
   
5. 請求項３又は４記載の蓄電装置に於いて、
   外部から入力した交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、
   直流電力を交流電力に変換して外部へ出力するＤＣ／ＡＣコンバータと、
   前記スイッチング電源部からの直流電圧を所定電圧に変換して前記電池モジュールへ直流電力を供給して充電する充電変換と、前記電池モジュールからの直流電圧を他の所定電圧に変換して前記ＤＣ／ＡＣインバータへ供給して放電する放電変換を行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   外部から入力した交流電力を前記スイッチング電源部及びＤＣ／ＡＣインバータをバイパスして外部に出力するバイパス電路を開閉するバイパス開閉部と、
   前記スイッチング電源部、ＤＣ／ＡＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びバイパス開閉部を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記火災検出信号を受信した場合に、前記スイッチング電源部を停止状態に制御し、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを放電変換の動作状態に制御し、前記ＤＣ／ＡＣインバータを動作状態に制御し、更に、前記バイパス開閉部のバイパス電路を開いた状態に制御することにより、前記電池モジュールに蓄電した直流電力を負荷に供給して放電させることを特徴とする蓄電装置。
   
6. 請求項１記載の蓄電装置に於いて、前記火災検出手段は、住宅内に設置した火災警報手段で火災を検出した場合に無線又は有線送信された火災連動信号を受信した場合に、前記制御手段へ火災検出信号を出力して前記電池モジュールに蓄電した直流電力を放電させることを特徴とする蓄電装置。
   
7. 請求項１記載の蓄電装置に於いて、前記火災検出手段は、建物内に設置した火災報知設備で火災を検出して警報したときに無線又は有線送信された火災移報信号を受信した場合に、前記制御手段へ火災検出信号を出力して前記電池モジュールに蓄電した直流電力を放電させることを特徴とする蓄電装置。
   
8. 請求項１記載の蓄電装置に於いて、前記火災検出手段は、蓄電装置に設けられた火災センサ部であり、当該火災センサ部で検出した温度又は煙濃度が所定閾値以上の場合に、火災検出信号を前記制御手段へ火災検出信号を出力して前記電池モジュールに蓄電した直流電力を放電させることを特徴とする蓄電装置。
   
9. 請求項８記載の蓄電装置に於いて、蓄電池装置に設けられた前記火災センサ部は、火災を検出した場合に火災検出信号を外部へ出力する手段を備えたことを特徴とする蓄電装置。

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