JP2016181417A

JP2016181417A - 独立電源装置

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Publication number: JP2016181417A
Application number: JP2015061326A
Authority: JP
Inventors: 河原　光之介; Kounosuke Kawahara; 光之介河原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-10-13

Abstract

【課題】蓄電池の不具合を生じ難くする独立電源装置を提供する。【解決手段】複数の蓄電池４０は、隣り合う蓄電池４０との間にスペーサ４２を介在させるように構成される。スペーサ４２は、電気絶縁性及び弾性を有する材料（ゴム管）で構成される。独立電源装置は上述のように構成され、個々の蓄電池４０同士が直接接する場合と比較して、放熱性の低下を抑制し、地震の揺れなどによる蓄電池４０同士の衝突をし難くする。そのため、蓄電池４０の放熱性の低下や蓄電池４０同士の衝突による、短寿命化や破損などを生じ難くする。【選択図】図７

Description

本発明は、独立電源装置に関し、より詳細には、コンテナを利用することで運搬及び設置を容易にした独立電源装置に関する。

従来例として、特許文献１記載の独立電源装置を例示する。特許文献１記載の独立電源装置は、貨物輸送用のコンテナと、コンテナの外郭天面に設置される太陽電池と、コンテナ内に収容される蓄電装置と、同じくコンテナ内に収容される充電装置とを備える。

蓄電装置は、複数の密閉型鉛蓄電池で構成され、外部負荷スイッチを介して外部負荷と電気的に接続される。充電装置は、太陽電池の出力電圧を一定電圧に調整して蓄電装置を充電するように構成される。

このような独立電源装置は、商用電源の供給が困難な場所に適宜設置され、照明装置などの外部負荷に電力を供給する。

特開２０１３−７０５５８号公報

ところで、蓄電装置を構成する複数の密閉型鉛蓄電池は、例えば、金属製のラックに、縦横に並べて収容される。このとき、個々の密閉型鉛蓄電池同士が直接接していると、放熱性が低下したり、地震の揺れなどによって密閉型鉛蓄電池同士が衝突し、密閉型鉛蓄電池のケースが破損する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされており、蓄電池に不具合を生じ難くすることを目的とする。

本発明の独立電源装置は、コンテナと、前記コンテナの外側に設置される発電装置と、前記コンテナ内に収容される複数の蓄電池と、前記コンテナ内に収容され、前記発電装置の発電電力で複数の前記蓄電池を充電する充電装置とを備え、複数の前記蓄電池は、隣り合う前記蓄電池との間にスペーサを介在させるように構成され、前記スペーサは、電気絶縁性及び弾性を有する材料で構成されることを特徴とする。

本発明の独立電源装置は、蓄電池に不具合を生じ難くすることができるという効果がある。

本実施形態に係る独立電源装置を示すブロック図である。本実施形態に係る独立電源装置を示す一部破断した斜視図である。本実施形態に係る独立電源装置のコンテナ及び発電装置を除く、一部破断した正面図である。本実施形態に係る独立電源装置のコンテナ及び発電装置を除く左側面図である。本実施形態に係る独立電源装置のコンテナ及び発電装置を除く右側面図である。本実施形態に係る独立電源装置の蓄電装置の正面図である。本実施形態に係る独立電源装置の蓄電池の正面図である。本実施形態に係る独立電源装置の蓄電池の側面図である。本実施形態に係る独立電源装置の正面図である。本実施形態に係る独立電源装置の左側面図である。

以下、本実施形態に係る独立電源装置１について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の独立電源装置１は、図１に示すように、発電装置３、蓄電装置４、充電装置５、インバータ６、リレー７、リレー制御装置８、開閉器（９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）などを備える。

発電装置３は、複数（例えば、１２個）の太陽電池モジュール３０を有する。これら１２個の太陽電池モジュール３０は、例えば、２個ずつ直列接続される。そして、２個の太陽電池モジュール３０の直列回路の６組が、互いに電気的に並列接続されることで発電装置３が構成される。

蓄電装置４は、複数（例えば、２４個）の蓄電池４０を有する。蓄電池４０は、例えば、密閉型鉛蓄電池であることが好ましい。ただし、蓄電池４０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池でも構わない。これら２４個の蓄電池４０は、例えば、４個ずつ直列接続される。そして、４個の蓄電池４０の直列回路の６組が、互いに電気的に並列接続されることで蓄電装置４が構成される。

充電装置５は、発電装置３の発電電力で蓄電装置４（２４個の蓄電池４０）を充電するように構成される。充電装置５は、例えば、半導体スイッチング素子を用いたスイッチング電源回路を有し、半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより、発電装置３の出力電圧を蓄電池４０の充電に適した直流電圧に変換するように構成される。

インバータ６は、蓄電装置４から出力（放電）される直流電圧・直流電流を、例えば、５０［Ｈｚ］又は６０［Ｈｚ］などの商用の電力系統と同じ周波数の交流電圧・交流電流に変換するように構成される。ただし、インバータ６は、５０［Ｈｚ］及び６０［Ｈｚ］以外の周波数の交流電圧・交流電流を出力するように構成されてもよい。

開閉器は、第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃからなる。第１開閉器９Ａは、発電装置３から充電装置５への電路に挿入される。第２開閉器９Ｂは、充電装置５から蓄電装置４への電路に挿入される。第３開閉器９Ｃは、蓄電装置４からインバータ６への電路に挿入される。これら３台の開閉器９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、操作ハンドルをそれぞれ有し、操作ハンドルが操作されることで各電路を開閉するように構成される。

リレー７は、例えば、双安定リレー（ラッチングリレー）が好ましい。複数個のリレー７は、インバータ６から複数（図示は１つのみ）の外部負荷１０への各給電路にそれぞれ挿入される。ただし、リレー７は、単安定リレー（シングルスティブルリレー）でもよい。

リレー制御装置８は、複数個のリレー７を個別に制御（オン・オフ制御）するように構成される。リレー制御装置８は、例えば、蓄電装置４の充電状況に関する情報を充電装置５から取得し、蓄電装置４の充電量が所定の下限値を下回ったら、リレー７をオフすることが好ましい。また、リレー制御装置８は、蓄電装置４の充電量が所定の基準値（下限値よりも十分に大きい値）以上のときにリレー７をオンすることが好ましい。リレー７がオンしている間、インバータ６の交流出力（交流電圧・交流電流）が外部負荷１０に供給される。なお、外部負荷１０は、街路灯や防犯灯などの照明装置でもよいし、住宅に設置される種々の電気機器でもよい。

ところで、本実施形態の独立電源装置１は、図２に示すように、コンテナ２を備える。上述した構成要素のうち、発電装置３を除く構成要素（蓄電装置４、充電装置５、インバータ６、リレー７、リレー制御装置８、開閉器９Ａ〜９Ｃ）がコンテナ２内に収容される。なお、以下の説明においては、図２において、上下、左右、前後の各方向を規定する。より詳細には、コンテナ２の正面（後述するドア２６が設けられる面）を前とする。

さらに、本実施形態の独立電源装置１は、キャビネット１１を備えることが好ましい。キャビネット１１は、図２〜図５に示すように、キャビネット本体１２と、複数（図示例では４枚）の扉１３Ａ〜１３Ｄとで構成されることが好ましい。キャビネット本体１２は、金属製の板材により、全体として、縦横（上下左右）の長さよりも奥行き（前後）の長さが短い矩形の箱状に形成される。ただし、キャビネット本体１２は、４つのブロックに区切られており、各ブロック毎に扉１３Ａ〜１３Ｄが設けられる。

４つのブロックのうち、左下のブロック（第１ブロック）に第１扉１３Ａが設けられている。なお、第１ブロック内には、発電装置３の発電電力やコンテナ２内の雰囲気温度などの計測値を記録するための機器（例えば、データロガーなど）が収容されることが好ましい。

４つのブロックのうち、右下のブロック（第２ブロック）に第２扉１３Ｂが設けられている。第２ブロック内には、リレー７及びリレー制御装置８が収容される（図３参照）。なお、発電装置３の発電電力や蓄電装置４から外部負荷１０に供給される電力などを計測するための計測器が第２ブロック内に収容されてもよい。

４つのブロックのうち、右上のブロック（第３ブロック）に第３扉１３Ｃが設けられている。第３ブロック内には、３つの開閉器９Ａ、９Ｂ、９Ｃが収容される（図３参照）。なお、キャビネット本体１２の第３ブロックの外側の上面に、インバータ６が取り付けられることが好ましい。

４つのブロックのうち、左上のブロック（第４ブロック）に第４扉１３Ｄが設けられている。第４ブロック内には、蓄電装置４の各蓄電池４０に流れる電流（充電電流）を検出するためのシャント抵抗器などが収容される。ここで、キャビネット本体１２の第４ブロックは、図２及び図４に示すように、他の３つのブロックよりも奥行き寸法（前後方向の長さ）が短くされている。そして、図２〜図４に示すように、充電装置５が、第４扉１３Ｄの前面に取り付けられることが好ましい。

ここで、リレー制御装置８は、マイクロコントローラなどの電子回路で構成されるために熱の影響を受けやすい。一方、充電装置５は、充電電流を流すことで多くの熱を発生する。したがって、コンテナ２内において、充電装置５から発生する熱の影響を、リレー制御装置８に及び難くすることが求められる。また、リレー７の充電部（端子）などに人が容易に手を触れないようにすることが求められる。

そこで、本実施形態の独立電源装置１は、リレー７及びリレー制御装置８を、コンテナ２内に設置されるキャビネット１１内に収容し、充電装置５をキャビネット１１の外に設置している。そのため、充電装置５から発生する熱が、リレー７及びリレー制御装置８に影響を及ぼし難くなる。また、リレー７及びリレー制御装置８がキャビネット１１内に収容されているため、リレー７の充電部（端子）などに人が容易に触れることがない。その結果、本実施形態の独立電源装置１は、熱の影響の低減及び安全性の向上を図ることができる。

また、開閉器（第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃ）は、独立電源装置１の運転開始時及び運転停止時に操作されるが、それ以外で操作される可能性は低い。そのため、これらの開閉器（第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃ）は、不用意に操作されることがないように、扉（第３扉１３Ｃ）で開閉可能に閉塞される、キャビネット本体１２の第３ブロック内に収容される。

一方、充電装置５から発生する熱の影響でキャビネット１１内の雰囲気温度が上昇すると、キャビネット１１内に収容された開閉器（第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃ）の動作保証温度の範囲を外れてしまう虞がある。そして、開閉器（第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃ）は、このような高温環境下で使用される場合、常温環境下で使用される場合と比較して、経年劣化が促進されてしまう可能性が高い。

しかしながら、本実施形態の独立電源装置１では、開閉器（第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃ）は、コンテナ２内に設置されるキャビネット１１内に収容されるが、充電装置５は、キャビネット１１の外に設置される。そのため、充電装置５から発生する熱が、開閉器（第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃ）に影響を及ぼし難くなる。その結果、本実施形態の独立電源装置１は、充電装置５が開閉器（第１開閉器９Ａ、第２開閉器９Ｂ、第３開閉器９Ｃ）とともにキャビネット１１内に収容される場合と比較して、開閉器の経年劣化の促進を抑制することができる。なお、本実施形態の独立電源装置１は、コンテナ２内において、充電装置５を露出した状態で設置しているので、充電装置５が発する熱を効率的に放熱し、充電装置５の温度上昇を抑制することができる。

一方、蓄電装置４は、図４〜図６に示すように、ラック４１に収容される。ラック４１は、４本の支柱４１０と、上段、中段、下段の３段の棚４１１とを有している。そして、これら３段の棚４１１のそれぞれに、８台の蓄電池４０が左右方向に並べて収容される（図６参照）。ただし、各蓄電池４０は、正極及び負極の各端子４００が設けられている面を、ラック４１の同一の側面（後面）から露出させるように、各棚４１１に縦置きされることが好ましい（図６参照）。また、ラック４１は、左前方の支柱４１０と、右前方の支柱４１０とがキャビネット本体１２の後面にねじ止めされてキャビネット１１と一体に構成されることが好ましい（図２、図４及び図５参照）。

ここで、同じ棚４１１に収容される各８台の蓄電池４０は、左右方向に隣り合う他の蓄電池４０との間に、スペーサ４２が介在されることが好ましい（図７及び図８参照）。スペーサ４２は、例えば、適当な長さ（数十［ｃｍ］）に切断されたゴム管で構成されることが好ましい。スペーサ４２は、隣り合う２台の蓄電池４０の間に、長手方向を蓄電池４０の側面の対角方向と一致させるように配置されることが好ましい（図８参照）。たたし、各段における左右両端の各２台の蓄電池４０は、隣り合う支柱４１０との間にも、スペーサ４２が介在されることが好ましい。

このように蓄電池４０と蓄電池４０との間にスペーサ４２が介在することにより、個々の蓄電池４０同士が直接接する場合と比較して、放熱性の低下を抑制したり、地震の揺れなどによって蓄電池４０同士が衝突し難くなる。そのため、蓄電池４０の放熱性の低下や蓄電池４０同士の衝突による不具合、例えば、蓄電池４０の短寿命化や蓄電池４０の破損などを生じ難くすることができる。

また、本実施形態の独立電源装置１では、市販されているゴム管をスペーサ４２に用いているので、専用のスペーサ４２を製作する場合と比較して、コストの上昇を抑えることができる。ただし、スペーサ４２はゴム管に限定されず、電気絶縁性及び弾性を有する材料で構成されていればよい。

コンテナ２は、貨物輸送（コンテナ輸送）に利用される金属製の容器である。コンテナ２の前側壁２０には、図９に示すようにドア２６が取り付けられる。すなわち、キャビネット１１やラック４１は、ドア２６によって閉塞される開口（入口）からコンテナ２内に搬入される。また、コンテナ２の屋根（上側壁２２）に、発電装置３が設置される。発電装置３、すなわち、１２枚の太陽電池モジュール３０は、コンテナ２の上側壁２２上に設置される架台３１に取り付けられる（図２、図９及び図１０参照）。架台３１は、左右方向に沿って３枚の太陽電池モジュール３０を並べ、かつ前後方向に沿って４枚の太陽電池モジュール３０を並べて支持するように構成される。なお、架台３１は、太陽電池モジュール３０の発電効率の向上を図るため、太陽電池モジュール３０の受光面が上側壁２２に対して傾くように構成されることが好ましい（図１０参照）。発電装置３と充電装置５（第１開閉器９Ａ）とを電気的に接続するためのケーブル３２が、コンテナ２の後側壁２１に設けられる引き込み穴を通してコンテナ２内に引き込まれる（図２参照）。

また、コンテナ２は、図２に示すように、換気用の吸気口２１０及び排気口２００を有することが好ましい。吸気口２１０は、コンテナ２の後側壁２１における左下の位置（コンテナ２内の床面に近い位置）に設けられることが好ましい。排気口２００は、コンテナ２の前側壁２０における右上の位置（コンテナ２内の天井面に近い位置）に設けられることが好ましい。さらに、吸気口２１０には吸気用の換気扇が取り付けられ、排気口２００には排気用の換気扇が取り付けられることが好ましい。吸気口２１０から取り込まれる空気は、蓄電装置４や充電装置５、インバータ６などの熱源との間で熱交換を行った後、排気口２００からコンテナ２の外に排気される。つまり、コンテナ２の外→吸気口２１０→コンテナ２の内部→排気口２００→コンテナ２の外の経路で空気が流れることにより、コンテナ２内の雰囲気温度の上昇を抑えることができる。また、本実施形態の独立電源装置１では、蓄電池４０同士の間にスペーサ４２が介在され、左右方向に隣り合う蓄電池４０の間を空気が通り抜け易くなっている。そのため、蓄電池４０を効率的に冷却して温度上昇を抑えることができる。ただし、排気口２００は、コンテナ２内に収容される蓄電装置４、充電装置５及びインバータ６のいずれよりも高い位置に設けられることが好ましい。

ところで、本実施形態の独立電源装置１は、通常、風雨に曝される屋外環境で使用される。したがって、吸気口２１０や排気口２００（特に、高い位置にある排気口２００）を通してコンテナ２内に雨水が浸入することを防止しなければならない。

そこで、本実施形態の独立電源装置１において、少なくとも一部、具体的には、最前列の３枚の太陽電池モジュール３０は、排気口２００が設けられたコンテナ２の前側壁２０よりも外に突出するように構成される（図１０参照）。つまり、最前列の３枚の太陽電池モジュール３０が前側壁２０の外（前方）へ突出することにより、これら３枚の太陽電池モジュール３０が庇となって排気口２００からの雨水の浸入を抑制することができる。ただし、コンテナ２の前側壁２０の排気口２００の周囲及び後側壁２１の吸気口２１０の周囲に、それぞれ上フード２０１及び下フード２１１が設けられることが好ましい（図９及び図１０参照）。上フード２０１及び下フード２１１は、扇形の２枚の側板の弧の部分同士が連結された形状に形成される。つまり、上フード２０１及び下フード２１１は、上から降り注ぐ雨水を遮って排気口２００及び吸気口２１０からの雨水の浸入を抑制するとともに、下方に開放された口を通して空気の流れを遮らないように構成される。

上述のように本実施形態の独立電源装置１は、コンテナ２と、コンテナ２の外側に設置される発電装置３と、コンテナ２内に収容される複数の蓄電池４０と、コンテナ２内に収容され、発電装置３の発電電力で複数の蓄電池４０を充電する充電装置５とを備える。複数の蓄電池４０は、隣り合う蓄電池４０との間にスペーサ４２を介在させるように構成される。スペーサ４２は、電気絶縁性及び弾性を有する材料（ゴム管）で構成される。

本実施形態の独立電源装置１は上述のように構成され、個々の蓄電池４０同士が直接接する場合と比較して、放熱性の低下を抑制したり、地震の揺れなどによって蓄電池４０同士が衝突し難くなる。そのため、本実施形態の独立電源装置１は、蓄電池４０の放熱性の低下や蓄電池４０同士の衝突による不具合、例えば、蓄電池４０の短寿命化や蓄電池４０の破損などを生じ難くすることができる。

また、本実施形態の独立電源装置１において、スペーサ４２は、ゴム管で構成されることが好ましい。

本実施形態の独立電源装置１が上述のように構成されれば、専用のスペーサ４２を製作する場合と比較して、コストの上昇を抑えることができる。

１独立電源装置
２コンテナ
３発電装置
５充電装置
４０蓄電池
４２スペーサ

Claims

コンテナと、前記コンテナの外側に設置される発電装置と、前記コンテナ内に収容される複数の蓄電池と、前記コンテナ内に収容され、前記発電装置の発電電力で複数の前記蓄電池を充電する充電装置とを備え、
複数の前記蓄電池は、隣り合う前記蓄電池との間にスペーサを介在させるように構成され、前記スペーサは、電気絶縁性及び弾性を有する材料で構成されることを特徴とする独立電源装置。
前記スペーサは、ゴム管で構成されることを特徴とする請求項１記載の独立電源装置。