JP3221884U

JP3221884U - 蓄電システム

Info

Publication number: JP3221884U
Application number: JP2019000639U
Authority: JP
Inventors: 松義平野; 康博佐伯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2029-02-25

Abstract

【課題】自然エネルギーを用いた発電装置から出力される電力を効率良く集電して蓄電することを可能とする蓄電システムを提供することである。【解決手段】蓄電システム１０は、自然エネルギーを用いた発電装置から出力される電力を蓄電するキャパシタ部１４と、負荷への電力を供給するバッテリー１８と、負荷で消費された電力に応じて、キャパシタ部１４からバッテリー１８へと電力を供給するように制御するコントローラー１６と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本考案は、蓄電システムに関する。

近年、太陽電池・風力・地熱・水力など自然エネルギーを用いた再生可能エネルギーの利用が注目されている。例えば、特許文献１には、太陽エネルギーにて発電する太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールで発電した発電電力を負荷に供給するとともに、余剰電力を二次電池に充電し、発電電力が不足した時は二次電池から負荷に不足電力を供給する独立電源装置であって、太陽電池モジュールにて発電した電力の二次電池への充電量および負荷に対する電力供給量を制御する充放電制御手段とを備えた構成が開示されている。

特開２０１７−１７７７８号公報

例えば、太陽電池は曇り空など悪天候になった場合に発電量が低くなり、風力発電は風が弱い場合など発電量が小さくなることがある。微小な電力は従来の再生可能エネルギーを用いた発電システムでは集電を行わずに捨ててしまっているという課題がある。

本考案の目的は、発電装置から出力される電力を効率良く集電して蓄電することを可能とする蓄電システムを提供することである。

本考案に係る蓄電システムは、発電装置から出力される電力を蓄電するキャパシタ装置と、負荷への電力を供給する二次電池装置と、前記負荷で消費された電力に応じて、前記キャパシタ装置から前記二次電池装置へと電力を供給するように制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る蓄電システムにおいて、前記キャパシタ装置は、前記発電装置に並列に接続される複数のキャパシタ部を含み、前記制御装置は、前記各キャパシタ部に夫々直列に接続される複数の制御部を含み、前記二次電池装置は、前記各制御部に夫々直列に接続される複数の二次電池部を含むことが好ましい。

また、本発明に係る蓄電システムにおいて、前記キャパシタ装置は、電気二重層キャパシタを有することが好ましい。

本考案によれば、発電装置から出力される電力を効率良く集電して蓄電することが出来る。

本考案に係る実施形態の蓄電システム１０を示す図である。本考案に係る実施形態の蓄電システム１０ａを示す図である。

以下に、本考案に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、蓄電システム１０を示す図である。蓄電システム１０は、自然エネルギーを用いた発電装置から出力される電力を集電して蓄電するシステムである。蓄電システム１０は、発電機１２と、キャパシタ部１４と、コントローラー１６と、バッテリー１８とを備えている。バッテリー１８には、電力を用いて動作する負荷が接続されている。

発電機１２は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを電力に変換する太陽電池である。もちろん、発電機１２は、再生可能な自然エネルギーを用いて発電を行う発電装置であればよく、例えば、風力、波力・潮力、流水・潮汐、地熱、バイオマス等を用いて発電する装置であってもよい。

発電機１２は、地球環境に優しい自然エネルギーを活用しており、枯渇しない再生可能なエネルギーを用いて発電を行っているが、太陽電池は曇り空など悪天候になった場合に発電量が低くなり、風力発電は風が弱い場合など発電量が小さくなるなど天候に左右されることがある。なお、ここでは発電機１２は、自然エネルギーを用いて発電するものとして説明したが、もちろん、その他の発電装置であってもよく、例えば、発電素子や発電体など微弱な発電体とＥＶなどの発電電力を含む。

キャパシタ部１４は、コンデンサに分類される蓄電デバイスとして知られる電気二重層キャパシタ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＤｏｕｂｌｅＬａｙｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒ）を複数備えている。キャパシタ部１４は、発電機１２とコントローラー１６に電気的に接続されている。

キャパシタ部１４を構成する各電気二重層キャパシタは、電解液と電極の界面に極めて短い距離を隔てて電荷が配向する現象（電気二重層）を利用して物理的に電荷を蓄えている。キャパシタ部１４は、リチウムイオン二次電池であるバッテリー１８と性能を比較すると、エネルギー密度（単位重量または容積あたりに蓄えられるエネルギーの量）では劣るが、出力密度（単位重量または容積あたりで瞬間的に取り出すことができる電力の大きさ）で勝り、大電流での充放電の繰り返しによる性能劣化が極めて少なく、寿命が長いなどの優れた特徴がある。

キャパシタ部１４は、アルミ電解コンデンサやセラミックコンデンサなどのいわゆるコンデンサと、リチウムイオン電池などの二次電池の特性を補完する性質を有する。キャパシタ部１４は、瞬間的な充電・放電や大電流による充電・放電、その繰り返しへの耐久性が求められるような用途に適している。

また、キャパシタ部１４は、完全放電が可能であり、全エネルギーを放出することができないリチウムイオン二次電池に比べると、蓄電量に対して取り出せるエネルギーの割合が大きいという特徴を有する。

コントローラー１６は、バッテリー１８に接続される負荷２０で消費された電力に応じて、キャパシタ部１４からバッテリー１８へと電力を供給するように制御する機能を有している。

バッテリー１８は、化学的な反応（酸化・還元反応）を利用して直流の電力を生み出す蓄電デバイスである。バッテリー１８は、正極と負極の間でリチウムイオンが行き来し充電と放電が可能で、繰り返し使用することができるリチウムイオン二次電池であるものとして説明するが、もちろん、その他の蓄電池であってもよく、例えば、鉛蓄電池でもよい。

バッテリー１８は、正極・負極と電解質で構成され、一般に、正極にはリチウムの酸化物が、負極には黒鉛（グラファイト）などが、電解質には液状またはゲル状のリチウム塩の有機電解質が用いられている。

リチウムイオン二次電池であるバッテリー１８は、他の種類の電池に比べてエネルギー密度が高いことが特徴である。エネルギー密度が高いと、小型で軽量のバッテリーを作ることができる。バッテリー１８は、使用できる動作温度範囲が広いこと、自己放電率が低いことなども他の種類の電池に比べて優れた特徴を有している。

続いて、上記構成の蓄電システム１０の作用について説明する。現在、様々な方法によって電気が生成させているが、例えば、化石燃料などは将来的に枯渇することが予測されていることから、太陽光、風力、波力・潮力、流水・潮汐、地熱、バイオマス等などの再生可能エネルギーを用いた発電が注目されている。

しかし、上述したように、太陽光などは天候などによって発電力が左右され、微小電力しか発電しない場合や脈動した電力しか発電されない場合がある。このような微小な電力は二次電池を用いた蓄電システムでは捨てられて溜めることができなかった。

しかしながら、蓄電システム１０によれば、発電機１２が微小な電力しか発電しない場合であっても、発電された微小電力はキャパシタ部１４によって無駄なく溜めこむことができる。

蓄電されたキャパシタ部１４からは、コントローラー１６の制御により、効率良く、必要な電力のみをバッテリー１８に蓄電することができる。これにより、バッテリー１８の寿命も伸ばすことができるという利点がある。

このように、蓄電システム１０によれば、発電機１２によって発電された電力は、従来は捨ててしまっていたような微小な電力であっても無駄なくキャパシタ部１４に蓄電しつつ、必要に応じてバッテリー１８に蓄電しているため電池の寿命を延ばしつつ、発電した電力を無駄なく溜めることができるという顕著な効果を奏している。

次に、蓄電システム１０の変形例である蓄電システム１０ａについて説明する。図２は、蓄電システム１０ａを示す図である。

蓄電システム１０ａは、発電機１２と、供給側振り分け部１３と、キャパシタ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、コントローラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、バッテリー１８ａ，１８ｂ，１８ｃとを備える。

供給側振り分け部１３は、図示しない制御信号による制御に応じて、発電機１２の発電電力の供給先の経路を切り替える振り分け機能を有する。具体的には、発電機１２の発電電力をキャパシタ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃのいずれに供給するかについて経路を遮断又は接続する。

この際、キャパシタ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃのすべてに供給するようにしてもよく、３つの中から２つに供給してもよい。また、いずれか１つに供給するように経路を切り替えることもできる。

キャパシタ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、供給側振り分け部１３に対して並列に接続されており、蓄電システム１０のキャパシタ部１４と同一の構成を有している。キャパシタ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、一方端は夫々供給側振り分け部１３に接続され、他方端は夫々対応するコントローラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃに接続されている。

コントローラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、一方端がキャパシタ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃに接続されており、他方端が夫々対応するバッテリー１８に接続されており、蓄電システム１０のコントローラー１６と同一の構成を有している。

バッテリー１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、一方端がコントローラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃが接続され、他方端には負荷側振り分け部１９を介して負荷２０が接続される。

負荷側振り分け部１９は、図示しない制御信号による制御に応じて、バッテリー１８ａ，１８ｂ，１８ｃの蓄電電力の供給先の経路を切り替える振り分け機能を有する。具体的には、バッテリー１８ａ，１８ｂ，１８ｃの蓄電電力のいずれの電力を負荷２０に供給するかについて経路を遮断又は接続する。

この際、バッテリー部１８ａ，１８ｂ，１８ｃの電圧を直列にした状態で供給するようにしてもよく、３つの中から２つを直列にして供給してもよい。また、いずれか１つから供給するように経路を切り替えることもできる。

蓄電システム１０ａによれば、キャパシタ部１４ａ，１４ｂ，１４ｃが発電機１２に並列に接続されているため、微小な電力をより無駄なく溜めることが出来るとともに、バッテリー１８ａ，１８ｂ，１８ｃを組み合わせて必要な電圧を取り出して負荷に供給することが出来る。

１０，１０ａ蓄電システム、１２発電機、１３供給側振り分け部、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃキャパシタ、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃコントローラー、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃバッテリー１９負荷側振り分け部２０負荷。

Claims

発電装置から出力される電力を蓄電するキャパシタ装置と、
負荷への電力を供給する二次電池装置と、
前記負荷で消費された電力に応じて、前記キャパシタ装置から前記二次電池装置へと電力を供給するように制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。
請求項１または請求項２に記載の蓄電システムにおいて、
前記キャパシタ装置は、前記発電装置に並列に接続される複数のキャパシタ部を含み、
前記制御装置は、前記各キャパシタ部に夫々直列に接続される複数の制御部を含み、
前記二次電池装置は、前記各制御部に夫々直列に接続される複数の二次電池部を含むことを特徴とする蓄電システム。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、
前記キャパシタ装置は、電気二重層キャパシタを有することを特徴とする蓄電システム。