JP2014180914A - 蓄電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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を用い、蓄電池を充電するだけではなく、蓄電池の電力を他の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、電動アシスト自転車または電動二輪車の駆動用である蓄電池１２の取り付けと取り外しとが可能であるサポート１１を備える。サポート１１は、蓄電池１２の取り付けと取り外しとが可能な取付部１３を備える。サポート１１は、取付部１３に装着された蓄電池１２の充電と放電とが可能な電力調整装置を備える。電力調整装置は、蓄電池１２から放電される電力を他の機器に供給する機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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。

近年、電動アシスト自転車あるいは電動二輪車の駆動用に用いられる蓄電池が提供されている。この用途の蓄電池は、車体から取り外して充電器による急速充電が可能になっている場合がある（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る上に、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。

特開２０１２−２１４１５４号公報

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。

本発明は、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、蓄電池の電力を他の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。

本発明に係る蓄電池装置は、蓄電池の取り付けと取り外しとが可能であるサポートと、前記サポート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り、前記電力調整装置は、前記蓄電池から放電される電力を他の機器に供給する機能を有することを特徴とする。

この蓄電池装置において、前記サポートは、複数個の前記蓄電池を支持し、かつ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た複数の取付部を備え、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放電させる電力変換回路とを備えることが好ましい。

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前記機器に供給する構成であることが好ましい。

この蓄電池装置において、前記サポートは、前記機器が備えるプラグが差し込まれるレセプタクルを備えることが好ましい。

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。

この蓄電池装置において、前記サポートは、前記サポートおよび前記蓄電池の荷重を支持し、かつ接触面に対して転がる転がり部材を備えることが好ましい。

本発明の構成によれば、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、蓄電池の電力を他の機器に供給することが可能になるという利点を有する。また、蓄電池の取り付けと取り外しとが可能なサポートが電力調整装置を備えていることにより、サポートを適宜の場所に置くことによって蓄電池の収納場所を確保したり、サポートを屋外に持ち出して屋外で電源を確保したりする利用が可能になる。

実施形態１を示す正面図である。 同上のブロック図である。 同上の使用例を示す斜視図である。 同上の他の使用例を示す斜視図である。

以下に説明する蓄電池装置１０は、図１に示すように、蓄電池１２が搭載されるサポート１１を備える。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り、１個当たりの質量が１〜５ｋｇ程度、エネルギー密度が５０〜３００Ｗｈ程度に設計されている。また、蓄電池１２のパッケージは、持ち運びが容易になるように、把手を備えている。この蓄電池１２は、電動アシスト自転車または電動二輪車の車体から分離された状態でサポート１１に取り付けられる。

図示するサポート１１は２個用であって、蓄電池１２を取り付けるための取付部１３を２つ備える。サポート１１を移動させることが想定されている場合、サポート１１に取り付ける蓄電池１２の個数は２〜３個程度が上限になる。これは、サポート１１に蓄電池１２を搭載した状態で移動可能であるための質量による制限である。また、個人宅で使用することが想定される場合、サポート１１に取り付ける蓄電池１２の個数は１〜２個とすることが望ましい。これは、サポート１１を玄関脇に設けられた納戸のような場所に収納可能とするための寸法による制限である。

サポート１１を移動可能にする場合、サポート１１およびサポート１１に搭載した蓄電池１２の荷重を支持し、かつ接触面に対して転がる転がり部材１９がサポート１１に設けられる。転がり部材１９は、車輪、キャスター、球状のコロ、円筒状のコロなどから選択される。サポート１１が転がり部材１９を備えていると、質量が比較的大きい蓄電池１２がサポート１１に取り付けられている場合であっても、サポート１１を移動させることが容易になる。なお、サポート１１が移動可能である場合、サポート１１は、伸縮式あるいは着脱式のハンドル（図示せず）を備えていることが望ましい。ハンドルを備えていれば、ハンドルを人が持った状態で、サポート１１を押すかあるいは引くことが可能になり、サポート１１の移動が容易になる。

サポート１１を定位置で使用し、かつ複数人で共用することが想定される場合、蓄電池１２の個数はとくに制限されない。たとえば、集合住宅で共用スペースにサポート１１を設置する場合、コンビニエンスストアのような店舗にサポート１１を設置する場合などが相当する。このような用途の場合、サポート１１に装着される蓄電池１２は、個人で所有するか、あるいは、特定の複数人で共用する。この場合の使用例については後述する。

図１に示す構成例では、サポート１１は、２個の取付部１３を備える。取付部１３は、１個の蓄電池１２が装着されるスロットを備え、蓄電池１２はスロットごとに取り付けと取り外しとが可能になっている。要するに、サポート１１に装着される２個の蓄電池１２は、サポート１１に対して個々に取り付けと取り外しとが可能になっている。さらに、図示するサポート１１は、機器（図示せず）に設けられたプラグの差込が差し込まれるレセプタクル１８を備える。

蓄電池装置１０は、図２に示すように、取付部１３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、電力調整装置１４の動作を制御する制御装置１５とを備える。さらに、蓄電池装置１０は、受電した電力とレセプタクル１８に出力する電力との経路を切り替えるための切替装置１６，１７を備え、切替装置１６，１７の制御も制御回路１５が行う。

蓄電池装置１０へは、電力会社のような電気事業者が電力を供給する系統電源、あるいは太陽光発電装置、燃料電池、エンジンを用いた直発電装置、風力発電装置のような分散型電源から電源線ＰＬを通して交流電力が供給される。蓄電池装置１０が、どのような電源から交流電力の供給を受けるかは、蓄電池装置１０を使用する環境によるが、いずれの場合であっても、系統電源から供給される交流電源と等価な電力を受電する。

蓄電池装置１０の取付部１３に蓄電池１２が装着されている状態では、蓄電池１２の充電と放電とが可能になる。電力調整装置１４は、蓄電池１２が充電を行う場合に、蓄電池１２に流す充電電流を調整し、また、蓄電池１２が放電を行う場合に、蓄電池１２から放電する放電量を調節する。電力調整装置１４は、充電回路１４１と電力変換回路１４２との両方を備える。

充電回路１４１は、交流電力である電源線ＰＬ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の直流電力を電源線ＰＬ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、変換後の交流電力は他の機器に供給される。制御装置１５は、レセプタクル１８に接続される機器で消費される電力を管理することにより供給する電流を制御する。

充電回路１４１は、２個の蓄電池１２を個々に充電できるように２個設けられ、電力変換回路１４２は、２個の蓄電池１２を並列に接続して一括してレセプタクル１８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。

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、サポート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、サポート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に給電するから、個別に取り外すことが可能になる。

なお、機器が、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って、直流で駆動されるである場合、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。

本実施形態において、切替装置１６および切替装置１７は、３状態の選択が可能になっている。第１の状態は、電源線ＰＬを充電回路１４１とレセプタクル１８とに接続する状態であり、第２の状態は、電源線ＰＬをレセプタクル１８にのみ接続する状態であり、第３の状態は、電力変換回路１４２をレセプタクル１８に接続する状態である。第３の状態では、電源線ＰＬは充電回路１４１およびレセプタクル１８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。

切替装置１６，１７の状態は３状態であるから状態を選択するルールも３種類である。切替装置１６，１７の状態を選択する制御装置１５は、電源線ＰＬからの給電の有無と、機器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。

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か、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ことが望ましい。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。

切替装置１６，１７が第１の状態であるのは、電源線ＰＬを通して給電され、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、レセプタクル１８には電源線ＰＬから給電され、かつ蓄電池１２は電源線ＰＬからの電力により充電される。すなわち、第１の状態は、切替装置１６，１７は、図２における経路Ｒ１を通してレセプタクル１８に電源線ＰＬから給電し、経路Ｒ２を通して電源線ＰＬから蓄電池１２に充電する。

切替装置１６，１７が第２の状態であるのは、電源線ＰＬ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、機器に対して、電源線ＰＬからの電力だけではなく、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２における経路Ｒ１を通してレセプタクル１８に電源線ＰＬから給電し、経路Ｒ３を通して蓄電池２１からレセプタクル１８に給電する。

したがって、第２の状態において、電源線ＰＬから供給される系統電力が、レセプタクル１８に接続された機器に蓄電池１２から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電源線ＰＬ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。

ところで、蓄電池１２から機器に給電するには、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、電源線ＰＬ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こと、電源線ＰＬ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。

切替装置１６，１７が第３の状態であるのは、電源線ＰＬからの給電が停止している期間、または電源線ＰＬ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、電源線ＰＬからの給電が停止している期間には、特定の機器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、電源線ＰＬの停止からの復帰により機器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、機器への給電を開始する前に蓄電池１２の電力を他の機器に供給し、起動電流による電源線ＰＬ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から機器に給電する。この動作をパワーアシストと呼ぶ。

第１の状態あるいは第２の状態は、電源線ＰＬ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は電源線ＰＬ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、電源線ＰＬからの電力の供給が停止している状態であるから、機器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、機器への給電を一旦停止することが望ましい。また、機器の構成によっては、機器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。

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。

ところで、上述した蓄電池装置１０は、たとえば、図３に示すように、玄関脇に納戸３０が設けられた住宅であれば、この種の納戸３０に収納される。納戸３０は、壁に埋め込まれた収納棚３１と、収納棚３１を開閉する扉３２とを備える。このような納戸３０は、レジャー用品や非常用品などを収納するために用いられている。そこで、蓄電池装置１０が納戸３０に収納可能となるサイズに形成されていれば、住宅内で蓄電池装置１０の収納場所を確保しやすくなる。

この場合、図３に示しているように、納戸３０に分電盤２０およびルータなどの通信機器２１を収納し、蓄電池装置１０と分電盤２０および通信機器２１とを接続しておけば、接続用のケーブルも納戸３０に収納される。また、レセプタクル１８から取り出される電力を特定の機器に供給できるように、分電盤２０を通して蓄電池装置１０を特定の機器に接続しておけば、蓄電池装置１０を系統電源と併用することが可能になる。

また、電源線ＰＬから受電するように蓄電池装置１０を分電盤２０と接続し、かつ蓄電池装置１０と分電盤２０との切り離しを容易にしておけば、蓄電池装置１０を独立した電源装置として利用することが可能になる。サポート１１は、移動可能であるから、蓄電池装置１０を屋外に持ち出すことも可能である。蓄電池装置１０を屋外に持ち出した場合、キャンプや路上ライブのような野外活動を行うための電源に用いることができる。

上述した構成例では、２個の蓄電池１２が装着できるサポート１１を例示したが、上述した構成例では納戸３０に収納可能であればよく、したがって、蓄電池装置１０のサポート１１は、図３のように、１個の蓄電池１２のみが装着可能であってもよい。また、上述した構成例は、サポート１１の下面に転がり部材１９を設けることにより、サポート１１を移動可能に構成しているが、サポートを定位置で使用する場合には、転がり部材１９は設けなくてもよい。

図４は、集合住宅、店舗、事業所、駅のように多人数が集まる場所に設置されることを想定した蓄電池装置１０を示している。この蓄電池装置１０のサポート１１Ａは、棚状に形成されており、たとえば、最大で１０個の蓄電池１２が収納可能になっている。

図１および図２に示した構成例よりも蓄電池１２の個数は増加しているが、図２に示した構成例と実質的な構成は同様であって、蓄電池１２ごとに充電回路１４１が設けられ、複数の蓄電池１２に対して１つの電力変換回路１４２が設けられている。また、サポート１１Ａには、個々の蓄電池１２が装着される取付部（図示せず）が設けられる。したがって、サポート１１Ａに対する蓄電池１２の取り付けおよび取り外しは、蓄電池１２ごとに行える。

なお、蓄電池１２の個数が多くなるほど、高容量の電力変換回路１４２が必要になるから、２〜３個程度の蓄電池１２ごとに一つの電力変換回路１４２を設けるようにしてもよい。この構成では、サポート１１Ａに複数の電力変換回路１４２が設けられるから、複数の電力変換回路１４２を並列運転することになる。電力変換回路１４２の並列運転を行う場合には、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を制御することが必要である。

図４に示した構成は、たとえば、コンビニエンスストアの顧客に対して電動アシスト自転車や電動二輪車の蓄電池１２をレンタルするサービスに利用することができる。また、この蓄電池装置１０は、系統電源からの給電が停止したときのバックアップ電源として用いることができる。したがって、常時は蓄電池１２の充電を行い、系統電源からの給電が停止したときには、コンビニエンスストアにとって重要度の高いＰＯＳ（Point Of Sale）システムおよび店舗照明への給電を確保するために、蓄電池装置１０の電力を用いることが可能である。

１０ 蓄電池装置
１１ サポート
１１Ａ サポート
１２ 蓄電池
１３ 取付部
１４ 電力調整装置
１５ 制御装置
１８ レセプタクル
１９ 転がり部材
１４１ 充電回路
１４２ 電力変換回路

Claims (6)

1. 蓄電池の取り付けと取り外しとが可能であるサポートと、
   前記サポート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り、
   前記電力調整装置は、前記蓄電池から放電される電力を他の機器に供給する機能を有する
   蓄電池装置。
2. 前記サポートは、複数個の前記蓄電池を支持し、かつ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た複数の取付部を備え、
   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放電させる電力変換回路とを備える
   請求項１記載の蓄電池装置。
3. 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前記機器に供給する構成である
   請求項２記載の蓄電池装置。
4. 前記サポートは、
   前記機器が備えるプラグが差し込まれるレセプタクルを備える
   請求項３記載の蓄電池装置。
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。
6. 前記サポートは、
   前記サポートおよび前記蓄電池の荷重を支持し、かつ接触面に対して転がる転がり部材を備える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電池装置。

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