JP5576467B2 - 蓄電システム、及びカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、蓄電システム、及びカートリッジに関する。

蓄電池は電気自動車を中心に需要の伸びが期待されている。他方、定置用としても注目を集めており、緊急時の電源確保、再生可能エネルギーの導入に伴う平準化蓄電、および効率的なエネルギーの利用を促進する省エネデバイスとしてクローズアップされている。Ｖ２Ｈ（Vehicle to Home）や蓄電池のリサイクルなどの蓄電池の使われ方は多岐にわたり、今後の蓄電池ビジネスは注目されるものになると考えられる。

現在考案されている定置用蓄電池は、全電池パックが溶接などによりシステムに固定されている。他方、大型二次電池を有効活用する方法として、電池をカートリッジ化することが挙げられる。ここでいうカートリッジ化とは、電池を交換可能、または交換が容易な部品であり、可搬できることを表す。例えば住宅用蓄電池をカートリッジ化することにより、走行状態によって航続距離が大きく変わる電気自動車のエクステンダーとして利用したり、自転車に利用すれば電池充電時間も省略でき、利便性が向上する（例えば、先行技術文献１参照）。
また、家庭内の電力使用量が変わる際、容量を容易に増やすことができ、新しいシステムを入れる必要がないことから高い経済性が得られる。更に、コミュニティーレベルや工場などの大型蓄電池にも応用でき、劣化した電池パックのみを交換できることから非常に更新が容易に可能なシステムとなる。

特開２００１−０１６７０６号公報

しかしながら、上述した技術において、課題となるのが、筐体・バッテリーマネジメントシステムである。従来、住宅用途では、電池パックは溶接で固定化するのが常套であるが、これらをカートリッジ化するには取り外し可能であることが絶対である。つまり、カートリッジ化を実現するためには、蓄電システムとカートリッジが確実に、かつ安全に接続することが重要である。また、複数のカートリッジのうち１つのカートリッジが接続されない状況でも、蓄電システムとして電力の供給あるいはカートリッジへの充電を行うことが必須となる。

更に、充電容量が異なる電池が蓄電システムに入ったとしても、これを全体の中でマネジメントをしなければならない。従来の電池パックが直列接続の場合、充電容量の多いカートリッジの充電容量を１００、充電容量の少ないカートリッジの充電容量を９０とした場合、トータルの電池容量は１００＋９０でなく、９０×２＝１８０となってしまう。つまり、最も低いカートリッジの電圧に全体の電圧が低下してしまい、取り出せるエネルギー容量が小さくなってしまう。また、例えば並列の場合、電圧の高いカートリッジからユニット電圧の低いカートリッジへ、電位差に応じた突入電流（横流ともいう）が流れることがある。

このような問題点を解決するため、カートリッジを容量均等化（平準化）する処理を行うことが考えられる。しかしながら、このような処方を行なうと、蓄電システムの処理が複雑になってしまうという問題がある。

他方、付加価値として、太陽電池および系統からの電力の有効活用化を推進するため、蓄電システムをＬＡＮに接続させて天気予報を入手し、生活パターンも考慮したエネルギートータルマネジメントシステムを構築することが望ましい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電池パックをカートリッジ化し、電力を有効活用することができる蓄電システムを提供することにある。また、平準化によるカートリッジ間のエネルギーバランスの処理を不要としつつ、個々のカートリッジのエネルギーを十分引き出すことができる蓄電システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の蓄電システムは、複数個接続したセルからなるカートリッジを複数個並列で接続し、カートリッジのそれぞれに対する電流を放電方向または充電方向の一方向に制限する横流防止回路を設け、複数個並列接続されたカートリッジに対して商用電圧を直流電圧に変換して同時に充電し、または複数個並列接続されたカートリッジから同時に放電して商用電圧を出力する蓄電システムであって、前記カートリッジのうちいずれかのカートリッジをユーザーが抜き取ることを意図していることを表すカートリッジ抜き取り信号が入力された場合、当該カートリッジに対して、回路を非導通とし、当該カートリッジが抜き取り可能であることを表す信号を出力することを特徴とする。
この構成によれば、複数のカートリッジに対して同時に放電または充電を行い、放電または充電の効率を上げることができ、しかも、複数のカートリッジに対して同時に放電または充電を行っても、横流の発生が防止できる。また、ユーザーが抜き取ることを意図したカートリッジを、安全に引き抜くことができる。

さらに、本発明は、上述の蓄電システムであって、複数個並列で接続されたカートリッジに共通に設けられ、複数個並列接続されたカートリッジに対して商用電圧を直流電圧に変換して同時に充電し、または複数個並列接続されたカートリッジから同時に放電して商用電圧を出力するパワーコンディショナーと、カートリッジのそれぞれに対する電流を放電方向または充電方向の一方向に制限するダイオード及びスイッチ回路を含む横流防止回路と、複数の横流防止回路を構成するスイッチ回路の導通または非導通を制御する制御回路とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、複数のカートリッジに対して同時に放電または充電を行い、放電または充電の効率を上げることができ、しかも、複数のカートリッジに対して同時に放電または充電を行っても、横流の発生が防止できる。

本発明は、上述の蓄電システムであって、横流防止回路は、カートリッジのそれぞれに対して放電方向にのみ電流路を形成する直列接続された第１のダイオード及び第１のスイッチ回路と、カートリッジのそれぞれに対して充電方向にのみ電流路を形成する直列接続された第２のダイオード及び第２のスイッチ回路とを含むことを特徴とする。
この構成によれば、カートリッジのそれぞれに対する電流を、放電方向または充電方向の一方向に制限することで、各カートリッジの間の横流を防止することができる。

また、本発明は、上述の蓄電システムであって、制御回路は、蓄電システムからの放電を指示する放電指示信号が入力されると、複数個並列で接続されたカートリッジに対して、放電方向にのみ電流路を形成する第１のスイッチ回路を同時に導通させ、当該複数のカートリッジの維持電圧が第１の電圧になるまで、商用電圧を出力することを特徴とする。
この構成によれば、複数のカートリッジを同時に放電したときに、カートリッジの端子電圧間の差により生じる横流の発生を防止できる。

また、本発明は、上述の蓄電システムであって、制御回路は、蓄電システムへの充電を指示する充電指示信号が入力されると、複数個並列で接続されたカートリッジに対して、充電方向にのみ電流路を形成する第２のスイッチ回路を同時に導通させ、当該カートリッジの維持電圧が第２の電圧になるまで、商用電圧に応じて充電することを特徴とする。
この構成によれば、複数のカートリッジを同時に充電したときに、カートリッジの端子電圧間の差により生じる横流の発生を防止できる。

また、本発明は、上述の蓄電システムであって、制御回路は、放電指示信号が入力されている場合であって、複数個並列に接続されたカートリッジのうちいずれかのカートリッジをユーザーが抜き取ることを意図していることを表すカートリッジ抜き取り信号が入力された場合、当該カートリッジが放電中であれば、当該カートリッジに対して、放電方向にのみ電流路を形成する第１のスイッチ回路を非導通とすることにより、当該カートリッジが抜き取り可能であることを表す信号を出力することを特徴とする。
この構成によれば、蓄電システムのカートリッジからの放電中に、ユーザーは抜き取ることを意図するカートリッジを安全に引き抜くことができる。

また、本発明は、上述の蓄電システムであって、制御回路は、充電指示信号が入力されている場合であって、複数個並列に接続されたカートリッジのうちいずれかのカートリッジをユーザーが抜き取ることを意図していることを表すカートリッジ抜き取り信号が入力された場合、当該カートリッジが充電中であれば、当該カートリッジに対して、充電方向にのみ電流路を形成する第２のスイッチ回路を非導通とすることにより、当該カートリッジが抜き取り可能であることを表す信号を出力することを特徴とする。
この構成によれば、蓄電システムのカートリッジへの充電中に、ユーザーは抜き取ることを意図するカートリッジを安全に引き抜くことができる。

また、本発明は、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にカバーが設けられており、カートリッジを蓄電システムにはめ込むと接続部が露出して電気的接続を形成することを特徴とする。
この構成によれば、蓄電システムとカートリッジとを、確実に、かつ安全に接続することが可能となる。

また、本発明は、蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にワイヤレス電力輸送装置が設けられており、物理的に接続しなくとも電力の授受が可能であることを特徴とする。

また、本発明は、用途として一般住宅、店舗、ビル、工場、バックアップ電源、メガソーラー電力貯蔵、風力電力貯蔵、地熱発電電力貯蔵、電気自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車に転用可能な蓄電システムである。
これにより、カートリッジを定置用だけでなく、他の機器にも共有して用いることができるので、蓄電システムにて充電された電力を他のシステムにも供給することが可能となり、自然エネルギーによってカートリッジに充電された電力を有効活用することができる。

また、本発明は、蓄電システムがＬＡＮに接続されており、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間未満であるなら天気予報から太陽電池の出力量を予測し、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間以上であるなら、系統からの蓄電をしないことを特徴とする。
この構成によれば、太陽電池および系統からの電力の有効活用化を推進するため、蓄電システムをＬＡＮに接続させて天気予報を入手し、生活パターンも考慮したエネルギートータルマネジメントシステムを構築することができる。

また、本発明のカートリッジは、上述の蓄電システムから取り外しても、単独で直流電圧および交流電圧を出力できることを特徴とする。

本発明によれば、複数のカートリッジを同時に、効率的に、放電または充電することができる。また、本発明によれば、カートリッジのそれぞれに対する電流を放電方向または充電方向の一方向に制限する横流防止回路が設けられているので、複数のカートリッジを同時に放電または充電したときに、カートリッジの端子電圧間の差により生じる横流の発生を防止できる。

本発明の一実施形態である蓄電システム６を備えた電力コントロールシステムの電力系統を示すブロック図である。 セル１０１、及びカートリッジ１００の外観例を表す図である。 セル１０１及びカートリッジ１００の仕様の一例を表す図である。 蓄電装置６０の外観例を表す図である。 蓄電システム６におけるカートリッジ１００＿１〜１００＿４の接続について説明する図である。 蓄電システム６における逆流防止回路６５＿ｉの接続について説明する図である。 蓄電システム６からの放電の処理を説明するためのフローチャートである。 蓄電システム６への充電の処理を説明するためのフローチャートである。 蓄電システム６の放電中においてカートリッジを抜き取る際の処理を説明するためのフローチャートである。 蓄電システム６の充電中においてカートリッジを抜き取る際の処理を説明するためのフローチャートである。 蓄電システム６の第１のサイクル試験の結果を示す図である。 蓄電システム６の第２のサイクル試験の結果を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である蓄電システムを備えた電力コントロールシステムの電力系統を示すブロック図である。図１を参照して、区画されたエリア、例えば住宅の電力制御コントロールシステムの一例について説明する。図１は、住宅内の電力の供給経路を示し、電力の種類として、直流（ＤＣ）および交流（ＡＣ）が示されている。例えば家庭内の電力ネットワークには、２２０Ｖ（６０Hz）の交流電力が流れる。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、自動車用等にも転用できるものとする。

電力供給網１を通じて発電所が発電した電力が住宅の電力メータ２を介して家庭内に引き込まれる。発電所は、火力発電所、原子力発電所、太陽光や風力発電の自然エネルギー等である。なお、電力供給会社が供給する電力を住宅のオーナーが買い取る料金は、１日の内の時間帯によって変化する。例えば電力需要が少ない夜間の電力料金が昼間の料金に表示して安価に設定される。

電力メータ２は、家庭の電力ネットワークのゲートウェイを兼用する電力管理装置４と、例えば無線ＬＡＮ(Local Area Network)により接続される。電力メータ２は、電力供給網１から家庭に対して供給された電力の正確な測定を所定周期で行い、測定値を通信部によって電力管理装置４に対して無線ＬＡＮを通じて伝送する。この場合、測定時刻が測定値に付随して送信される。時刻は、電力ネットワークに共通の時刻情報である。例えば電力ネットワーク上のいずれかの場所、例えば電力管理装置４内部に基準時刻発生源が設けられる。

配電装置３（プラグストリップ）には、電力メータ２から家庭内に入った商用電力が供給される。配電装置３は、交流電力を供給するために複数の電源プラグを有する器具である。交流電力が、配電装置３を介して、電力管理装置４、通電モニタ５、及び本発明の蓄電システム６に対して供給される。配電装置３は、通電モニタ５を介して、家庭内の電気器具５１、例えばテレビジョン装置、照明に対して交流電力を供給する。なお、これらの電気器具は、一例であって、実際には、より多くの種類の電気器具が家庭内で使用される。

通電モニタ５は、自身に接続される電気器具５１各々の電力消費量を、所定周期、例えば１秒周期で測定する。通電モニタ５は、測定された各電気器具の消費電力情報と測定時刻を示す時刻情報とを、電力管理装置４に対して無線通信により送信する。

ソーラパネル９は、太陽光電池により構成され、直流電力を生成し、生成した直流電力をソーラモジュール１０に対して供給する。ソーラモジュール１０は、例えばＤＣ−ＡＣインバータによって構成され、家庭内の交流電力と同期した交流電力を生成し、生成した交流電力を配電装置３に供給する。配電装置３において、電力メータ２からの交流電力とソーラモジュール１０からの交流電力、及び蓄電システム６からの交流電力が加算されて住宅内の電力として使用される。ソーラパネル９に限らず、再生可能なエネルギーによって発電を行う風力発電器等を電力発生装置として使用しても良い。

ソーラモジュール１０は、電力管理装置４と無線ＬＡＮにより接続される。ソーラモジュール１０は、ソーラパネル９が発生した直流電力と、直流電力が変換されて電力ネットワークに対して供給された交流電力量を測定する。ソーラモジュール１０は、交流電力量の測定値と測定時刻を示す時刻情報とを、電力管理装置４に対して無線通信により送信する。

蓄電システム６は、家庭内の電力蓄積装置として、例えば４個のカートリッジ１００＿１〜１００＿４が格納された蓄電装置６０、ＰＣＳ（パワーコンディショナー）、及び制御回路６２を備えている。制御回路６２は、電力管理装置４から送信される指示信号により（詳細後述）、ＰＣＳによるカートリッジ１００＿１〜１００＿４の充電および放電等の動作を制御する。ＰＣＳは、蓄電システム６に蓄積されている直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を配電装置３に対して出力する。また、ＰＣＳは、配電装置３からの交流電力を直流電力に変換し、カートリッジ１００＿１〜１００＿４を充電する。カートリッジ１００＿１〜１００＿４とＰＣＳとは、例えば、ＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)などの有線インターフェースにより接続される。

蓄電装置６０は、カートリッジ１００＿１〜１００＿４がそれぞれ挿入、離脱される、接続部として複数の電気的接続部を備えている。これについては後述する。
制御回路６２は、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の状態を管理し、安全性および信頼性をモニタリングする。制御回路６２は、電力管理装置４と無線ＬＡＮにより接続される。電力管理装置４は、制御回路６２からのカートリッジ１００＿１〜１００＿４に関する情報（蓄電容量情報）を常時受信し、また、カートリッジ１００＿１〜１００＿４に関連する制御信号を制御回路６２に対して送信する。各カートリッジは、詳細については後述するが、蓄電システム６から取り外し可能な構成とされ、取り外して他の用途に使用される。すなわち、電気装置、例えば電気自動車１８の動力源として使用される。

電力管理装置４は、制御装置４ａ、及び操作盤４ｂを少なくとも備えて構成される。
また、電力管理装置４は、例えばＡＤＳＬ(Asymmetric Digital Subscriber Line)を介してインターネット１６上の外部サーバ１７と接続されている。
制御装置４ａは、ユーザー（居住者）が運転操作を設定できる運転操作部である操作盤４ｂ上の各種のスイッチ、インターネット１６上の外部サーバ１７、及び蓄電システム等からの各種の通信信号が入力される入力回路（図１において不図示）を有している。また、制御装置４ａは、当該入力回路からの信号を用いて各種演算を実行するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによる演算に基づいて電力メータ２、及び蓄電システム６を制御する信号を無線により出力する出力回路とを備えている。このマイクロコンピュータは、演算結果等を記憶するＲＡＭ、あらかじめ設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムを記憶するＲＯＭを内蔵し、後述する蓄電システム６等の運転を制御する。

例えば、制御装置４ａは、ソーラモジュール１０にソーラパネル９から入力される直流電圧をソーラモジュール１０からの無線信号に基づいて、ソーラモジュール１０が供給することが可能な交流電力を演算する。また、制御装置４ａは、蓄電システム６からの無線信号により入力される各カートリッジの充電容量に基づいて、蓄電システム６が供給することが可能な交流電力を演算する。また、制御装置４ａは、通電モニタ５から電気器具５１に要する交流電力を無線信号により受信する。制御装置４ａは、これらの各装置が無線信号により通信する交流電力に基づいて、電力メータ２を制御し、電力供給網１から配電装置３への交流電力の入力を制御、例えば制限する。或いは、制御装置４ａは、配電装置３を制御して、ソーラモジュール１０から蓄電システム６への交流電力の供給、電力メータ２から蓄電システム６への交流電力の供給、蓄電システム６またはソーラモジュール１０から電気器具５１への交流電力の供給を行なわせる。なお、蓄電システム６の運転状況、及び各カートリッジの充電容量は、制御装置４ａからの出力信号によって、操作盤４ｂに設けられた表示画面に表示される。

また、制御装置４ａは、インターネット１６上の外部サーバ１７における天候予測結果、及び過去の住宅における発電量実績に基づいて、ソーラパネル９による発電量の予測値を求める発電量予測手段を有している。また、制御装置４ａは、発電量の予測値に応じて蓄電システムに蓄える蓄電量を求める蓄電量算出手段としての機能を有する。
例えば、制御装置４ａは、ユーザーが操作盤４ｂ上のスイッチを介して、蓄電システム６を稼動状態に移行させる指示を入力している場合、天候予測結果と蓄電システム６に蓄えられた蓄電量を加味して深夜料金時間帯の蓄電システム６への蓄電量を決定する。この蓄電量は、例えば、ユーザーの過去の使用電力量実績による学習値から、蓄電システム６内に残存する蓄電量と、翌日の発電量（発電量の予測値）とを減算することにより算出される。そして、制御装置４ａは、蓄電量算出手段として算出した蓄電量分の電力量を、電力が安価な深夜料金時間帯に電力供給網１から交流電力を受電するように電力メータ２へ通信信号を無線通信する。電力メータ２は、配電装置３を介して蓄電システム６に交流電力を供給する。制御装置４ａは、蓄電システム６の制御回路６２に対して電流変換を指示する通信信号（充電指示信号）を無線により通信する。蓄電システム６は、配電装置３からの交流電力を直流電力に電力変換してカートリッジ１００＿１〜１００＿４を充電する。

また、制御装置４ａは、ユーザーが操作盤４ｂ上のスイッチを介して、蓄電システム６を稼動状態に移行させる指示を入力している場合、日照時間帯にソーラパネル９で発電可能な状態になると、ソーラモジュール１０に対して電力変換を指示する通信信号を無線により通信する。また、制御装置４ａは、蓄電システム６の制御回路６２に対して電流変換を指示する通信信号（充電指示信号）を無線により通信する。ソーラモジュール１０はソーラパネル９から直流電力を取り込み、直流電力を交流電力に電力変換して配電装置３を介して蓄電システム６に対して供給する。蓄電システム６のＰＣＳは、配電装置３からの交流電力を直流電力に電力変換して蓄電システム６のカートリッジ１００＿１〜１００＿４を充電する。

また、制御装置４ａは、ユーザーが操作盤４ｂ上のスイッチを介して、蓄電システム６を稼動状態に移行させる指示を入力している場合、例えば、契約電力量（電力供給網１からの電力量）を超えないように、蓄電システム６からの交流電力を利用するように管理する。具体的には、蓄電システム６の制御回路６２に対して、カートリッジ１００＿１〜１００＿４からの電力放電を指示する無線信号（放電指示信号）を出力する。蓄電システム６のＰＣＳは、カートリッジが維持する直流電力を交流電力に変換して配電装置３に対して出力する。配電装置３は、通電モニタ５を介して電気器具５１に対して交流電力を供給する。例えば、ソーラモジュール１０からの交流電力量と蓄電システム６からの交流電力量とが、ユーザーが使用する電気器具５１の消費電力量より多ければ、電力供給網１からの交流電力を使用する必要がなくなる。そのため、電力管理装置４は、電力メータ２が電力供給網１からの交流電力を受電しないように電力メータ２を制御することにより、電気料金の支払額を減らすことができる。もちろん、図１において図示していないが、電気器具５１を使用しない場合など、ソーラモジュール１０からの交流電力を、或いはソーラモジュール１０からの交流電力と蓄電システム６からの交流電力とを、電力会社等に売電する構成としてもよい。

また、制御装置４ａは、ユーザーが操作盤４ｂ上のスイッチを介して、蓄電システム６におけるいずれかのカートリッジを抜き取る意図があることを入力した場合、以下の制御を行なう。すなわち、制御装置４ａは、蓄電システム６が充電中または放電中のいずれにあっても、カートリッジ抜き取り信号、及び当該カートリッジの識別番号を示す信号を、蓄電システム６の制御回路６２に対して無線により通信する。蓄電システム６の制御回路６２は、蓄電システム６が充電中か放電中か、また、当該カートリッジの蓄電状態（放電または充電状態にあるか否か）によって、蓄電システム６に設けられたスイッチ回路（後述）の導通または非導通制御を行なう。
電力管理装置４からの指示信号による蓄電システムの制御（充電、放電、カートリッジ抜き取り）の詳細については後述し、本願の特徴的部分である蓄電システム６の構成について、以下に詳述する。

図２は、セル１０１、及びカートリッジ１００の外観例を表す図である。図３は、セル１０１及びカートリッジ１００の仕様の一例を表す図である。
セル１０１は、図２（ａ）に示す様に、略直方体の形状をしており、タブ（正極端子、及び負極端子）が１つの面に設けられる。セル１０１の大きさは、例えば、図３に示すように、横幅が１６０ｍｍ程度、高さ（厚み）が３ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が８０ｍｍ程度である。なお、セルの大きさは、これに限られるものではなく、各用途に応じて自由に設計することができるものとする。例えば、住宅定置用の場合、交換やカートリッジ単独での使用の観点で、横幅が１００~３００ｍｍ程度、高さ（厚み）が１~１０ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が５０~２００ｍｍ程度であることが好ましく、横幅が１３０~１８０ｍｍ程度、高さ（厚み）が２~５ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が６０~１００ｍｍ程度であることが更に好ましい。また、大型用途の場合、交換の観点で、横幅が２００~１０００ｍｍ程度、高さ（厚み）が５~２０ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が２００~１０００ｍｍ程度であることが好ましく、横幅が３００~７００ｍｍ程度、高さ（厚み）が８~１５ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が３００~７００ｍｍ程度であることが更に好ましい。セルの形状も図２に示されるものに限らず、楕円体、円筒状、長方体、正方体、菱体又は複数個の楕円体、円筒状、長方体、正方体、菱体の組み合わせによるものでも良く、異なる種類の形状のものの組み合わせでも良い。なお、生産性の観点で、長方体、正方体、楕円体、円筒状のいずれか又はそれらの組み合わせであることが好ましい。
蓄電するデバイスとしてのセル１０１は、リチウムイオン二次電池（以下ＬｉＢとも呼ぶ）、ニッケル水素二次電池、鉛蓄電池、ニッカド電池、レドックスフロー電池、亜鉛塩素電池、亜鉛臭素電池、リチウム空気電池、アルミニウム空気電池、空気亜鉛電池、ナトリウム硫黄電池、リチウム硫化鉄電池、空気マグネシウム電池のいずれかから構成される。

カートリッジ１００は、複数のセル１０１から構成されている。図２（ｂ）においては、カートリッジ１００は、１７個のセルから構成される場合について図示している。カートリッジ１００には、１７個のセルが並んで収納され、各セルのタブは溶接により電気的に接続されており、カートリッジの筐体中に収納されている。
カートリッジの大きさは、例えば、図３に示すように、横幅２００ｍｍ程度、高さ（厚み）５０ｍｍ程度、縦幅（奥行き）１２０ｍｍ程度である。なお、カートリッジの大きさは、これに限られるものではなく、各用途に応じて自由に設計することができるものとする。例えば、住宅定置用の場合、交換・カートリッジ単独での使用の観点で、横幅が１５０~７００ｍｍ程度、高さ（厚み）が１０~１５０ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が７５~５００ｍｍ程度であることが好ましく、横幅が２００~５００ｍｍ程度、高さ（厚み）が３０~１２０ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が１００~３００ｍｍ程度であることが更に好ましい。また、大型用途の場合、設置、及びメンテナンスの観点で、横幅が３００~２０００ｍｍ程度、高さ（厚み）が４０~３００ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が３００~２０００ｍｍ程度であることが好ましく、横幅が３００~１５００ｍｍ程度、高さ（厚み）が５０~１５０ｍｍ程度、縦幅（奥行き）が３００~１５００ｍｍ程度であることが更に好ましい。
各セルは、カートリッジ１００に搭載されると、カートリッジ１００側において各セルが直列に接続される。なお、この図２（ｂ）、及び図３においては、カートリッジは、１７個のセルを有している場合について説明したが、セルの個数は、これに限られるものではなく、各用途、所要電圧、パワー量に等に応じて自由に設計することができるものとする。例えば、住宅定置用の場合、系統連系およびカートリッジ単独での使用の観点で、１０~１５０つ程度が好ましく、１５~１２０つ程度が更に好ましい。大型用途の場合、系統連系の観点で、８０~３００つ程度が好ましく、１００~２５０つが更に好ましい。また、薄型のカートリッジを作成する場合、１つ、２つ、あるいは４つ以上であってもよい。

カートリッジ１００内には、安全回路１０２が設けられる。安全回路１０２は、過充電や過放電が生じないように各セルの充放電を制御する。また、これらのセル１０１への均一な充電を制御するために、アクティブセルバランスおよびパッシブセルバランスのＢＭＳ（Battery Management System）をカートリッジ内に設置しても良い。なお、ＢＭＳ、及び安全回路は後述する制御回路６２によって制御されるものであるが、本願については特徴的部分ではないので説明を省略する。他方、ＢＭＳはカートリッジの中ではなく、蓄電システム側に設置されていても良い。その際は、蓄電池システム側にあるＢＭＳから、カートリッジ内部の各セルの電圧を検知できるように、回路が組み込まれていることが必要となる。
ハンドル１０３は、カートリッジの外部に設けられており、カートリッジ１００を蓄電装置６０に取り付け、取り外し、運搬の際に利用される。また、カートリッジ１００には、正極側端子である＋（プラス）端子１１１、及び負極側端子である−（マイナス）端子１１２が設けられる。カートリッジ１００の＋端子１１１と−端子１１２とから、直列接続されたセル１０１の直流電圧をカートリッジ外部へ取り出すことが可能となる。また、この端子間に直流電圧を印加することにより、直列接続された各セルへの充電が可能となる。
前記カートリッジ１００、セル１０１、安全回路１０２、ハンドル１０３、正極側端子である＋（プラス）端子１１１、及び負極側端子である−（マイナス）端子１１２は、前記機能を果たすことができれば、図２、図５に限られるものではなく、各用途に応じて自由設計できるものとする。

カートリッジ１００は、セル１０１が複数個接続したカートリッジタイプのパックである。カートリッジ１００は、次に説明するように、蓄電装置６０から取り外し可能な部品である。なお、セル１０１、及びカートリッジ１００の重量、定格については図３に示すとおりである。例えば、セル１０１のエネルギーは１１．１Ｗｈであるが、これに限られるものではなく、各用途に応じて自由に設計することができるものとする。例えば、住宅定置用の場合、カートリッジ単独での使用の観点で、５~５００Ｗｈ程度であることが好ましく、１０~３００Ｗｈ程度であることが更に好ましい。大型用途の場合、メンテナンスの観点で、１００~５０００Ｗｈ程度であることが好ましく、５００~３０００Ｗｈ程度であることが更に好ましい。

図４は、蓄電装置６０の外観例を表す図である。この図において、蓄電装置６０の側面の１つの面に、カバー２２が開閉可能に設けられている。このカバー２２は横方向に開く。カバー２２内には、電圧が入出力される電気的接続部として端子が２つ設けられている（図４において不図示）。カートリッジ１００を蓄電装置６０にはめ込む際、カバー２２が開き、カートリッジ１００の＋端子１１１、及び−端子１１２との蓄電装置６０側の電気的接続部が露出する。カートリッジを蓄電装置６０にはめ込むと、蓄電装置６０の接続部において、蓄電装置６０とカートリッジ１００との電気的な接続が形成される。この図４においては、３つのカートリッジ（カートリッジ１００＿１、１００＿２、１００＿３）が、蓄電装置６０に搭載されている。
本実施形態では、蓄電装置６０には、最大で略同一の形状の４つのカートリッジが接続可能である。また、蓄電システム側の受け口さえ形が変わっていれば、カートリッジの形や容量が異なっていても使用可能である。この蓄電装置６０の大きさは、蓄電システム６の応用環境によって自由に設計変更でき、４個以上のカートリッジの接続も可能である。

また、各カートリッジは、蓄電装置６０から容易に着脱（はめ込み、及び抜き取り）可能である。なお、蓄電装置６０において、カートリッジはそれぞれ、図４においては不図示のＰＣＳを介して後述するスイッチ回路に対して並列接続される。これらの発明により、住宅・ビル・工場などの電力貯蔵用システムとして利用可能だけでなく、カートリッジ、及びＰＣＳ、あるいはカートリッジ単体を、例えば電気自動車１８（図１参照）などにも転用が可能で、更にメンテナンスも後述するように、制御回路６２の制御により容易となる。

図５は、蓄電システム６におけるカートリッジ１００＿１〜１００＿４の接続について説明する図である。また、図６は、蓄電システム６における逆流防止回路６５＿ｉの接続について説明する図である。
蓄電システム６は、蓄電装置６０、ＰＣＳ（パワーコンディショナー）、制御回路６２、横流防止回路（ＣＣＰ）６５＿１〜６５＿４を有する。ＰＣＳは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａ、及び双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂを含んで構成される。

横流防止回路６５＿ｉ（符号ｉは１〜４のいずれかであって、符号ｉを制御対象の構成（回路、及び制御信号）に対応した符号として用いるものとする。）は、図６に示すように、ダイオード６６＿ｉ（第２のダイオード）、スイッチ回路６７＿ｉ（第２のスイッチ回路）、スイッチ回路６８＿ｉ（第１のスイッチ回路）、及びダイオード６９＿ｉ（第１のダイオード）を含んで構成されている。横流防止回路６５＿ｉは、カートリッジ１００＿１〜１００＿４のそれぞれに対する電流を一方向に制限することで、横流の発生を防止する。

ダイオード６６＿ｉと、スイッチ回路６７＿ｉとは、直列に接続されている。ダイオード６６＿ｉ及びスイッチ回路６７＿ｉにより、カートリッジ１００＿ｉに対して、充電方向の一方向にのみ電流Ｉａを流す電流路が形成される。
すなわち、ダイオード６６＿ｉにおいて、アノード端子はスイッチ回路６７＿ｉの一端に接続され、カソード端子はカートリッジ１００＿ｉの＋端子１１１＿ｉに接続される。スイッチ回路６７＿ｉにおいて、一端はダイオード６６＿ｉのアノード端子に接続され、他端は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａの入出力端子（正極側端子）に接続される。

ダイオード６９＿ｉとスイッチ回路６８＿ｉとは、直列に接続されている。ダイオード６９＿ｉ及びスイッチ回路６８＿ｉにより、放電方向の一方向にのみ電流Ｉｂを流す電流路が形成される。
すなわち、スイッチ回路６８＿ｉにおいて、その一端はカートリッジ１００＿ｉの＋端子１１１＿ｉに接続され、その他端はダイオード６９＿ｉのアノード端子に接続される。ダイオード６９＿ｉにおいて、アノード端子はスイッチ回路６８＿ｉの他端に接続され、カソード端子は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａの入出力端子（正極側端子）に接続される。

スイッチ回路６７＿ｉは、制御回路６２からのＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿ｉにより制御される。すなわち、スイッチ回路６７＿ｉは、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿ｉがＬレベルのときにオフし、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿ｉがＨレベルのときにオンする。スイッチ回路６８＿ｉは、制御回路６２からのＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿ｉにより制御される。すなわち、スイッチ回路６８＿ｉは、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿ｉがＬレベルのときにオフし、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿ｉがＨレベルのときにオンする。

スイッチ回路６８＿ｉがオフで、スイッチ回路６７＿ｉがオンすると、カートリッジ１００＿ｉの充電方向にのみ電流Ｉａを流すように制限できる。スイッチ回路６７＿ｉがオフで、スイッチ回路６８＿ｉがオンすると、カートリッジ１００＿ｉの放電方向にのみ電流Ｉｂを流すように制限できる。

なお、横流防止回路６５＿ｉにおけるダイオード６６＿ｉ及びスイッチ回路６７＿ｉは、直列に接続されていればよく、＋端子１１１＿ｉ側にスイッチ回路６７＿ｉを配設し、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａ側にダイオード６６＿ｉを配設して、これらを直列接続してもよい。また、横流防止回路６５＿ｉにおけるダイオード６９＿ｉ及びスイッチ回路６８＿ｉは、直列に接続されていればよく、＋端子１１１＿ｉ側にダイオード６９＿ｉを配設し、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａ側にスイッチ回路６８＿ｉを配設して、これらを直列接続してもよい。

図５に戻って、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の＋端子１１１＿１〜１１１＿４は、横流防止回路６５＿１〜６５＿４を介して、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａの蓄電装置６０側の入出力端子（正極側端子）に接続される。カートリッジ１００＿１〜１００＿４の−端子１１２＿１〜１１２＿４は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａの蓄電装置６０側の入出力端子（負極側端子）に接続される。

ＰＣＳを構成する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａにおいて、蓄電装置６０側の入出力端子（正極側端子）は、上述の通り、横流防止回路６５＿１〜６５＿４を介して、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の＋端子１１１＿１〜１１１＿４に、それぞれ接続される。ＰＣＳを構成する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａにおいて、蓄電装置６０側の入出力端子（負極側端子）は、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の−端子１１２＿１〜１１２＿４に接続される。
ＰＣＳを構成する双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂにおいて、蓄電装置６０側の入出力端子は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａの配電装置３側の入出力端子に接続され、蓄電装置６０と反対側の入出力端子（商用電圧を出力するノード）は、配電装置３に接続される。

なお、本実施形態では、ＰＣＳ（パワーコンディショナー）の構成を、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、及び双方向ＤＣ−ＡＣインバータからなる構成としている。しかしながら、これは一例であって、ＰＣＳの構成を、片方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、及び片方向ＤＣ−ＡＣインバータからなる組を二組（それぞれＰＣＳ１、ＰＣＳ２とする）設け、それぞれの組が反対方向に電圧を供給する構成としてもよい。この構成を採る場合、ＰＣＳ１、ＰＣＳ２各々と、カートリッジ１００＿１〜１００＿４、及び配電装置３との接続は次のようになる。

すなわち、ＰＣＳ１においては、蓄電装置６０側の入力端子（正極側端子）は、横流防止回路６５＿１〜６５＿４を介して、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の＋端子１１１＿１〜１１１＿４に、それぞれ接続される。また、ＰＣＳ１においては、蓄電装置６０側の入力端子（負極側端子）は、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の−端子１１２＿１〜１１２＿４に接続される。また、ＰＣＳ１においては、蓄電装置６０側の出力端子は、配電装置３に接続される。
一方、ＰＣＳ２においては、蓄電装置６０側の出力端子（正極側端子）は、横流防止回路６５＿１〜６５＿４を介して、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の＋端子１１１＿１〜１１１＿４に、それぞれ接続される。また、ＰＣＳ２においては、蓄電装置６０側の出力端子（負極側端子）は、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の−端子１１２＿１〜１１２＿４に接続される。また、ＰＣＳ２においては、蓄電装置６０側の入力端子は、配電装置３に接続される。
このように、ＰＣＳ（パワーコンディショナー）は、複数個並列接続されたカートリッジ１００＿１〜１００＿４に対して商用電圧を直流電圧に変換して同時に充電し、または複数個並列接続されたカートリッジ１００＿１〜１００＿４から同時に放電して商用電圧を出力すればよく、双方向、片方向のＤＣ−ＤＣコンバータ、及びＤＣ−ＡＣインバータのいずれを用いてもよい。

制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａによる昇圧、降圧動作、及び双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂによる電力変換動作を、電力管理装置４が送信する制御信号（放電指示信号、充電指示信号）に応じて行なう。
具体的には、制御回路６２は、放電指示信号が入力される場合、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａを制御して、蓄電装置６０側の入出力端子に入力される直流電圧（カートリッジの維持電圧）を昇圧して、昇圧した直流電圧（例えば３００Ｖの直流電圧）を配電装置３側の入出力端子へ出力させる。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂを制御して、蓄電装置６０側の入出力端子に入力される直流電圧を、交流電圧（例えば１００Ｖまたは２００Ｖの交流電圧）に変換させ、配電装置３側の入出力端子へ出力させる。配電装置３は、この交流電圧が入力され、例えば通電モニタ５を介して電気器具５１に動作電圧を供給する。なお、制御回路６２によるＰＣＳに対する制御は、放電指示信号が入力される期間を通じて行なわれる。

また、制御回路６２は、充電指示信号が入力される場合、双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂを制御して、配電装置３側の入出力端子に入力される交流電圧を直流電圧に変換させ、蓄電装置６０側の入出力端子に出力させる。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａを制御して、配電装置３側の入出力端子に入力される直流電圧を降圧して、降圧した直流電圧を蓄電装置６０側の入出力端子へ出力させる。蓄電装置６０におけるカートリッジ１００＿１〜１００＿４は、この直流電圧が供給されて充電される状態へ移行する。なお、制御回路６２によるＰＣＳに対する制御は、充電指示信号が入力される期間を通じて行なわれる。

また、制御回路６２は、電力管理装置４から送信される制御信号により、横流防止回路６５＿１〜６５＿４を構成する各スイッチ回路６７＿１〜６７＿４及び各スイッチ回路６８＿１〜６８＿４の開閉（非導通、導通）を制御する。

具体的には、制御回路６２は、放電指示信号、及び充電指示信号のいずれも入力されない場合（デフォルト状態の場合）、横流防止回路６５＿１〜６５＿４における、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４及びスイッチ回路６８＿１〜６８＿４を、全て開く状態（非導通、オフの状態）にしている。

制御信号が放電指示信号（蓄電装置６０からの放電指示を表す信号）の場合、制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＨレベルにし、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４をＬレベルにする。制御回路６２は、横流防止回路６５＿１〜６５＿４における、スイッチ回路６８＿１〜６８＿４が導通し、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４が非導通となるように制御する。この場合、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、スイッチ回路６８＿ｉ及びダイオード６９＿ｉにより、放電方向の一方向にのみ電流Ｉｂを流す電流路が形成される。

制御信号が充電指示信号（蓄電装置６０への充電指示を表す信号）の場合、制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４をＨレベルにし、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＬレベルにする。制御回路６２は、横流防止回路６５＿１〜６５＿４における、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４が導通し、スイッチ回路６８＿１〜６８＿４が非導通となるように制御する。この場合、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、スイッチ回路６７＿ｉ及びダイオード６６＿ｉにより、充電方向の一方向にのみ電流Ｉａを流す電流路が形成される。

また、放電中に、電力管理装置４から入力される制御信号がカートリッジ抜き取り信号、及び当該カートリッジの識別番号を示す信号であったとする。上述のように、放電中では、横流防止回路６５＿１〜６５＿４において、スイッチ回路６８＿１〜６８＿４が導通し、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４が非導通となっている。制御回路６２は、カートリッジ抜き取り信号、及び当該カートリッジの識別番号を示す信号を入力すると、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿ｊ（ｊは抜き取りの対象となるカートリッジを示すものとする）をＬレベルにして、ユーザーが抜き取りを意図するカートリッジに対応するスイッチ回路６８＿ｊを非導通とする。そして、制御回路６２は、ユーザーが抜き取りを意図するカートリッジを抜き取ってもよいとの表示を指示する信号を、電力管理装置４に対して出力する。電力管理装置４は、操作盤４ｂの表示部にカートリッジを抜き取ってもよいことを示す表示を行い、ユーザーは当該カートリッジを安全に蓄電装置６０から引き抜くことができる。

また、充電中に、電力管理装置４から入力される制御信号がカートリッジ抜き取り信号、及び当該カートリッジの識別番号を示す信号であったとする。上述のように、充電中では、横流防止回路６５＿１〜６５＿４において、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４が導通し、スイッチ回路６８＿１〜６８＿４が非導通となっている。制御回路６２は、カートリッジ抜き取り信号、及び当該カートリッジの識別番号を示す信号を入力すると、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿ｊ（ｊは抜き取りの対象となるカートリッジを示すものとする）をＬレベルにして、ユーザーが抜き取りを意図するカートリッジに対応するスイッチ回路６７＿ｊを非導通とする。そして、制御回路６２は、ユーザーが抜き取りを意図するカートリッジを抜き取ってもよいとの表示を指示する信号を、電力管理装置４に対して出力する。電力管理装置４は、操作盤４ｂの表示部にカートリッジを抜き取ってもよいことを示す表示を行い、ユーザーは当該カートリッジを安全に蓄電装置６０から引き抜くことができる。

図７は、蓄電システム６からの放電の処理を説明するためのフローチャートである。
制御回路６２は、電力管理装置４から放電指示信号、及び充電指示信号のいずれの信号の入力がない状態では、横流防止回路６５＿１〜６５＿４における、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４及びスイッチ回路６８＿１〜６８＿４をオフ状態にしている（ステップＳ１）。具体的には、制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４及びＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ１〜ＰＣＳＤ４を全てＬレベルに維持している。

制御回路６２は、電力管理装置４から放電指示信号が入力されると（ステップＳ２）、カートリッジから配電装置３への交流電圧供給動作へ移行する。制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＬレベルからＨレベルへ変化させる。これにより、横流防止回路６５＿１〜６５＿４において、スイッチ回路６８＿１〜６８＿４がオンとなる（ステップＳ３）。このため、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、スイッチ回路６８＿ｉ及びダイオード６９＿ｉにより、カートリッジ１００＿ｉの放電方向にのみ電流Ｉｂが流れる電流路が形成される。

また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＤＣ６１ａを制御して、各カートリッジ１００＿１〜１００＿４から入力される直流電圧を、例えば３００Ｖの直流電圧に昇圧させる。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂを制御して、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａから入力される直流電圧を、例えば１００Ｖまたは２００Ｖの交流電圧に変換させる。配電装置３は、各カートリッジ１００＿１〜１００＿４の各々の直流電圧から変換された交流電圧が入力され、例えば通電モニタ５を介して電気器具５１に動作電圧を供給する。これにより、複数のカートリッジ１００＿１〜１００＿４が同時に放電状態となる（ステップＳ４）。

制御回路６２は、カートリッジ電圧を監視しており、全てのカートリッジ１００＿１〜１００＿４のカートリッジ電圧が４６．８Ｖ（第１の電圧）以下になると（ステップＳ５）、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＨレベルからＬレベルへ変化させる。これにより、横流防止回路６５＿１〜６５＿４におけるスイッチ回路６８＿１〜６８＿４がオフとなり（ステップＳ６）、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、放電電流Ｉｂ及び充電電流Ｉａの双方の電流路が遮断される。

制御回路６２は、例えば電力管理装置４に対して放電終了を表す信号を出力する（ステップＳ７）。電力管理装置４は、操作盤４ｂに設けられた表示装置に、蓄電システム６からの放電動作が終了したことを表す表示を行う。なお、電力管理装置４が放電指示信号を蓄電システム６に対して出力してから放電終了まで、電力管理装置４は蓄電システム６が放電中であることを表す表示を行なう構成としてもよい。

次に、蓄電システム６への充電の処理について説明する。図８は、蓄電システム６への充電の処理を説明するためのフローチャートである。
制御回路６２は、電力管理装置４から放電指示信号、及び充電指示信号のいずれの信号の入力がない状態では、横流防止回路６５＿１〜６５＿４における、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４及びスイッチ回路６８＿１〜６８＿４をオフ状態にしている（ステップＳ１１）。具体的には、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４及びＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＬレベルに維持している。

制御回路６２は、電力管理装置４から充電指示信号が入力されると（ステップＳ１２）、カートリッジへの直流電圧供給動作へ移行する。制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４をＬレベルからＨレベルに変化させる。これにより、横流防止回路６５＿１〜６５＿４において、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４がオンとなる（ステップＳ１３）。このため、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、スイッチ回路６７＿ｉ及びダイオード６６＿ｉにより、カートリッジ１００＿ｉの充電方向にのみ電流Ｉａが流れる電流路が形成される。

また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂを制御して、配電装置３から入力される交流電圧を直流電圧に変換させる。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａを制御して、双方向ＤＣ−ＡＣコンバータ６１ａから入力される直流電圧を、直流電圧に降圧させる。これにより、複数のカートリッジ１００＿１〜１００＿４が同時に充電状態となる。（ステップＳ１４）

制御回路６２は、カートリッジ電圧を監視しており、全てのカートリッジ１００＿１〜１００＿４のカートリッジ電圧が６８Ｖ（第２の電圧）以上になると（ステップＳ１５）、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４をＨレベルからＬレベルに変化させる。これにより、横流防止回路６５＿１〜６５＿４において、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４がオフとなり（ステップＳ１６）、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、放電電流Ｉｂ及び充電電流Ｉａの双方の電流路が遮断される。ただし、カートリッジ内のセルの個数が変わると、第２の電圧は変化する。例えば、セルの終止電圧が４．１５Vとした際、１００個直列接続したカートリッジであると、第２の電圧は４１５Vとなる。

制御回路６２は、例えば電力管理装置４に対して充電終了を表す信号を出力する（ステップＳ１７）。電力管理装置４は、操作盤４ｂに設けられた表示装置に、蓄電システム６からの充電動作が終了したことを表す表示を行う。なお、電力管理装置４が充電指示信号を蓄電システム６に対して出力してから充電終了まで、電力管理装置４は蓄電システム６が充電中であることを表す表示を行なう構成としてもよい。

次に、蓄電システム６への放電中にカートリッジを抜き取る際の処理について説明する。図９は、蓄電システム６の放電中においてカートリッジを抜き取る際の処理を説明するためのフローチャートである。
図９においては、カートリッジが放電中にカートリッジ抜き取り信号、及びカートリッジ１００＿ｊの識別番号を示す信号が制御回路６２に入力された場合の処理を示している。なお、カートリッジ１００＿ｊとは、カートリッジ１００＿１〜カートリッジ１００＿４のうち、抜き取りの対象となるカートリッジを示すものとする。

制御回路６２は、電力管理装置４から放電指示信号、及び充電指示信号のいずれの信号の入力がない状態では、横流防止回路６５＿１〜６５＿４における、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４及びスイッチ回路６８＿１〜６８＿４をオフ状態にしている（ステップＳ２１）。具体的には、制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４及びＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＬレベルに維持している。

制御回路６２は、電力管理装置４から放電指示信号が入力されると（ステップＳ２２）、カートリッジ１００＿１〜１００＿４から配電装置３への交流電圧供給動作へ移行する。制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＬレベルからＨレベルへ変化させる。これにより、横流防止回路６５＿１〜６５＿４において、スイッチ回路６８＿１〜６８＿４がオンとなる（ステップＳ２３）。このため、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、スイッチ回路６８＿ｉ及びダイオード６９＿ｉにより、カートリッジ１００＿ｉへの放電方向にのみ電流Ｉｂが流れる電流路が形成される。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａを制御して、カートリッジ１００＿１〜１００＿４から入力される直流電圧を、例えば３００Ｖの直流電圧に昇圧させる。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂを制御して、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａから入力される直流電圧を、例えば１００Ｖまたは２００Ｖの交流電圧に変換させる。配電装置３は、カートリッジ１００＿１〜１００＿４の直流電圧から変換された交流電圧が入力され、例えば通電モニタ５を介して電気器具５１に動作電圧を供給する（ステップＳ２４）。

カートリッジ１００＿１〜カートリッジ１００＿４のうち、全てのカートリッジのカートリッジ電圧が４６．８Ｖ（第１の電圧）になるまでの間に、ユーザーが電力管理装置４の操作盤４ｂからカートリッジ１００＿ｊを抜く指示を入力すると、制御回路６２には、カートリッジ抜き取り信号、及びカートリッジ１００＿ｊの識別番号を示す信号が入力される（ステップＳ２５）。ただし、カートリッジ内のセルの個数が変わると、第１の電圧は変化する。例えば、セルの終止電圧が２．７Vとした際、１００個直列接続したカートリッジであると、第２の電圧は２７０Vとなる。

制御回路６２は、カートリッジ１００＿ｊに対応する横流防止回路６５＿ｊにおけるスイッチ回路６８＿ｊをオフさせる（ステップＳ２６）。具体的には、制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿ｊをＨレベルからＬレベルに変化させる。これにより、カートリッジ１００＿ｊに対応する横流防止回路６５＿ｊのスイッチ回路６８＿ｊはオフする。

次に、制御回路６２は、カートリッジ１００＿ｊは放電状態ではなくなったので、カートリッジ１００＿ｊを抜いてもよいとの表示を指示する信号を電力管理装置４に対して出力する。電力管理装置４は、操作盤４ｂに設けられた表示装置に、蓄電システム６からカートリッジ１００＿ｊを抜いてもよいとの表示を行う（ステップＳ２７）。ユーザーは、カートリッジ１００＿ｊは放電対象から除外されているので、カートリッジ１００＿ｊを安全に抜き取ることができる（ステップＳ２８）。

次に、蓄電システム６からの充電中にカートリッジを抜き取る際の処理について説明する。図１０は、蓄電システム６の充電中においてカートリッジを抜き取る際の処理を説明するためのフローチャートである。
図１０においては、カートリッジが充電中にカートリッジ抜き取り信号、及びカートリッジ１００＿ｊの識別番号を示す信号が制御回路６２に入力された場合の処理を示している。なお、カートリッジ１００＿ｊとは、カートリッジ１００＿１〜カートリッジ１００＿４のうち、抜き取りの対象となるカートリッジを示すものとする。

制御回路６２は、電力管理装置４から放電指示信号、及び充電指示信号のいずれの信号の入力がない状態では、横流防止回路６５＿１〜６５＿４における、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４及びスイッチ回路６８＿１〜６８＿４をオフ状態にしている（ステップＳ３１）。具体的には、制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４及びＰＣＳ制御信号ＰＣＳＤ＿１〜ＰＣＳＤ＿４をＬレベルに維持している。

制御回路６２は、電力管理装置４から充電指示信号が入力されると、カートリッジ１００＿１〜１００＿４への直流電圧供給動作へ移行する（ステップＳ３２）。制御回路６２は、ＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿１〜ＰＣＳＣ＿４をＬレベルからＨレベルに変化させる。これにより、横流防止回路６５＿１〜６５＿４において、スイッチ回路６７＿１〜６７＿４がオンとなる（ステップＳ３３）。このため、それぞれの横流防止回路６５＿ｉにおいて、スイッチ回路６７＿ｉ及びダイオード６６＿ｉにより、カートリッジ１００＿ｉの充電方向にのみ電流Ｉａが流れる電流路が形成される。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂを制御して、配電装置３から入力される交流電圧を直流電圧に変換させる。また、制御回路６２は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａを制御して、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ６１ｂから入力される直流電圧を、降圧させる（ステップＳ３４）。

カートリッジ１００＿１〜カートリッジ１００＿４のうち、全てのカートリッジのカートリッジ電圧が６８Ｖ（第２の電圧）になるまでの間に、ユーザーが電力管理装置４の操作盤４ｂからカートリッジ１００＿ｊを抜く指示を入力すると、制御回路６２には、カートリッジ抜き取り信号、及びカートリッジ１００＿ｊの識別番号を示す信号が入力される（ステップＳ３５）。

制御回路６２は、カートリッジ１００＿ｊに対応する横流防止回路６５＿ｊにおけるスイッチ回路６７＿ｊをオフさせる（ステップＳ３６）。具体的には、制御回路６２は、カートリッジ１００＿ｊに対応する横流防止回路６５＿ｊのＰＣＳ制御信号ＰＣＳＣ＿ｊをＨレベルからＬレベルに変化させる。これにより、カートリッジ１００＿ｊに対応する横流防止回路６５＿ｊのスイッチ回路６７＿ｊはオフする。

次に、制御回路６２は、カートリッジ１００＿ｊは充電状態ではなくなったので、カートリッジ１００＿ｊを抜いてもよいとの表示を指示する信号を電力管理装置４に対して出力する。電力管理装置４は、操作盤４ｂに設けられた表示装置に、蓄電システム６からカートリッジ１００＿ｊを抜いてもよいとの表示を行う（ステップＳ３７）。ユーザーは、カートリッジ１００＿ｊは充電対象から除外されているので、カートリッジ１００＿ｊを安全に抜き取ることができる（ステップＳ３８）。

次に、本実施形態を用いて複数のカートリッジを同時に充放電したときのサイクル試験の結果について説明する。図１１は、蓄電システム６の第１のサイクル試験の結果を示す図である。また、図１２は、蓄電システム６の第２のサイクル試験の結果を示す図である。
第１の試験は、図１１（ａ）に示すように、同容量（２９００Ｗｈ）のカートリッジを用いて、図１１（ａ）に示すような条件で、放電と充電を繰り返すものである。図１１（ｂ）は放電結果を示し、図１１（ｃ）は充電結果を示す。このサイクル試験で、充電、放電を行っていない際に、電流値は観測されず、横流はないことが確認された。これは、ダイオード、及びスイッチ回路から構成される横流防止回路の作用によるものである。なお、充電及び放電容量が理論値に達していないのは、ダイオードによる熱ロスが発生したものと考えられる。

第２の試験は、図１２（ａ）に示すように、異なる容量（２９００Ｗｈ、２９００Ｗｈ、２４００Ｗｈ）のカートリッジを用いて、図１２（ａ）に示すような条件で、放電と充電を繰り返すものである。図１２（ｂ）は放電結果を示し、図１２（ｃ）は充電結果を示す。このサイクル試験の場合でも、充電、放電を行っていない際に、電流値は観測されず、横流はないことが確認された。これは、ダイオード、及びスイッチ回路から構成される横流防止回路の作用によるものである。なお、充電及び放電容量が理論値に達していないのは、ダイオードによる熱ロスが発生したものと考えられる。

上述したように、本発明の蓄電システム６は、複数個接続したセルからなるカートリッジ１００＿１〜１００＿４を複数個並列で接続し、カートリッジ１００＿１〜１００＿４のそれぞれに対する電流を放電方向または充電方向の一方向に制限する横流防止回路６５＿１〜６５＿４を設け、並列接続された複数個のカートリッジ１００＿１〜１００＿４に対して商用電圧を直流電圧に変換して同時に充電し、または並列接続された複数個のカートリッジ１００＿１〜１００＿４から同時に放電して前記商用電圧を出力することを特徴とする。

蓄電システム６は、複数個並列で接続されたカートリッジ１００＿１〜１００＿４に共通に設けられる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ６１ａと商用電圧を出力するノードとの間に設けられる双方向ＤＣ−ＡＣインバータ６１ｂと、カートリッジ１００＿１〜１００＿４のそれぞれに対する電流を放電方向または充電方向の一方向に制限するダイオード６６＿１〜６６＿４、６９＿１〜６９＿４及びスイッチ回路６７＿１〜６７＿４、６８＿１〜６８＿４を含む横流防止回路６５＿１〜６５＿４と、複数の横流防止回路６５＿１〜６５＿４を構成するスイッチ回路６７＿１〜６７＿４、６８＿１〜６８＿４の導通または非導通を制御する制御回路６２とを備えることを特徴とする。

本発明の蓄電システム６によれば、複数のカートリッジを同時に放電または充電するので、放電または充電を効率的に行うことができる。また、本発明の蓄電システム６によれば、電流を一方向に制限する横流防止回路６５＿１〜６５＿４が設けられているので、複数のカートリッジを同時に放電または充電を行っても、横流の発生が防止できる。

また、図１における蓄電システム６の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより充放電管理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更等も含まれる。

例えば、上記実施形態では、一般住宅に転用可能な蓄電システムについて説明した。本発明の蓄電システムを、用途として店舗、ビル、工場、バックアップ電源、メガソーラー電力貯蔵、風力電力貯蔵、地熱発電電力貯蔵、電気自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車に転用可能としてもよい。

また、上記実施形態では、カートリッジと蓄電システムとの接続を物理的に行う例について説明した。この蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にワイヤレス電力輸送装置が設けられており、物理的に接続しなくとも電力の授受が可能となる構成としてもよい。カートリッジの取り外しの際、安全上、接触不良回避の観点から、電極タブなどの接続部はむき出しにしないことが望ましい。よって電力授受側、および電力提供側にワイヤレス充電ができるよう電気的部品（渦巻状ワイヤなど）を施してもよい。

また、上記実施形態では、電気予報を基に、蓄電システム６への充電または蓄電システム６からの放電を、電力管理装置４が制御する構成とした。太陽電池および系統からの電力の有効活用化をより一層推進するため、以下の構成としてもよい。すなわち、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間未満であるなら天気予報から太陽電池の出力量を予測し、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間以上であるなら、系統からの蓄電をしない構成としてもよい。

また、図３に示したカートリッジ１００、及びセル１０１のサイズ、特性は一例であって、図に示した寸法等に限定されるものではない。また、制御回路６２がスイッチ回路６７＿１〜６７＿４及びスイッチ回路６８＿１〜６８＿４をオンまたはオフを行なう際の判定電圧（第１の電圧及び第２の電圧）の電圧値は一例であって、それらの電圧値に限定されるものではない。また、カートリッジ１００は、蓄電システム６から取り外しても、単独で直流電圧および交流電圧を出力できることは言うまでもない。

２…電力メータ、３…配電装置、４…電力管理装置、４ａ…制御装置、４ｂ…操作盤、５…通電モニタ、６…蓄電システム、６０…蓄電装置、６１ａ…双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、６１ｂ…双方向ＤＣ−ＡＣインバータ、６２…制御回路、６５＿１，６５＿２，６５＿３，６５＿４…横流防止回路、６６＿１，６６＿２，６６＿３，６６＿４，６９＿１，６９＿２，６９＿３，６９＿４…ダイオード、６７＿１，６７＿２，６７＿３，６７＿４，６８＿１，６８＿２，６８＿３，６８＿４…スイッチ回路、１０１…セル、１０２…安全回路、１０３…ハンドル、１１１＿１，１１１＿２，１１１＿３，１１１＿４…＋端子、１１２＿１，１１２＿２，１１２＿３，１１２＿４…−端子

Claims (12)

1. 複数個接続したセルからなるカートリッジを複数個並列で接続し、
   前記カートリッジのそれぞれに対する電流を放電方向または充電方向の一方向に制限する横流防止回路を設け、
   前記複数個並列接続されたカートリッジに対して商用電圧を直流電圧に変換して同時に充電し、または前記複数個並列接続されたカートリッジから同時に放電して前記商用電圧を出力する蓄電システムであって、
   前記カートリッジのうちいずれかのカートリッジをユーザーが抜き取ることを意図していることを表すカートリッジ抜き取り信号が入力された場合、当該カートリッジに対して、回路を非導通とし、当該カートリッジが抜き取り可能であることを表す信号を出力することを特徴とする蓄電システム。
2. 複数個並列で接続されたカートリッジに共通に設けられ、複数個並列接続されたカートリッジに対して商用電圧を直流電圧に変換して同時に充電し、または複数個並列接続されたカートリッジから同時に放電して商用電圧を出力するパワーコンディショナーと、
   前記カートリッジのそれぞれに対する電流を放電方向または充電方向の一方向に制限するダイオード及びスイッチ回路を含む横流防止回路と、
   前記複数の横流防止回路を構成する前記スイッチ回路の導通または非導通を制御する制御回路とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記横流防止回路は、前記カートリッジのそれぞれに対して放電方向にのみ電流路を形成する直列接続された第１のダイオード及び第１のスイッチ回路と、
   前記カートリッジのそれぞれに対して充電方向にのみ電流路を形成する直列接続された第２のダイオード及び第２のスイッチ回路とを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記制御回路は、前記蓄電システムからの放電を指示する放電指示信号が入力されると、
   複数個並列で接続されたカートリッジに対して、前記放電方向にのみ電流路を形成する第１のスイッチ回路を同時に導通させ、
   当該複数のカートリッジの維持電圧が第１の電圧になるまで、前記商用電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
5. 前記制御回路は、前記蓄電システムへの充電を指示する充電指示信号が入力されると、
   複数個並列で接続されたカートリッジに対して、前記充電方向にのみ電流路を形成する第２のスイッチ回路を同時に導通させ、
   当該カートリッジの維持電圧が第２の電圧になるまで、前記商用電圧に応じて充電することを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
6. 前記制御回路は、前記放電指示信号が入力されている場合であって、複数個並列に接続された前記カートリッジのうちいずれかのカートリッジをユーザーが抜き取ることを意図していることを表すカートリッジ抜き取り信号が入力された場合、
   当該カートリッジが放電中であれば、当該カートリッジに対して、放電方向にのみ電流路を形成する第１のスイッチ回路を非導通とすることにより、当該カートリッジが抜き取り可能であることを表す信号を出力する
   ことを特徴とする請求項４または請求項５のうちいずれかに記載の蓄電システム。
7. 前記制御回路は、前記充電指示信号が入力されている場合であって、複数個並列に接続された前記カートリッジのうちいずれかのカートリッジをユーザーが抜き取ることを意図していることを表すカートリッジ抜き取り信号が入力された場合、
   当該カートリッジが充電中であれば、当該カートリッジに対して、充電方向にのみ電流路を形成する第２のスイッチ回路を非導通とすることにより、当該カートリッジが抜き取
   り可能であることを表す信号を出力する
   ことを特徴とする請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の蓄電システム。
8. 蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にカバーが設けられており、カートリッジを蓄電システムにはめ込むと接続部が露出して電気的接続を形成することを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の蓄電システム。
9. 蓄電システムとカートリッジの接続部について、蓄電システムおよびカートリッジ側にワイヤレス電力輸送装置が設けられており、物理的に接続しなくとも電力の授受が可能であることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の蓄電システム。
10. 用途として一般住宅、店舗、ビル、工場、バックアップ電源、メガソーラー電力貯蔵、風力電力貯蔵、地熱発電電力貯蔵、電気自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車に転用可能な請求項１から請求項９のうちいずれか１項に記載の蓄電システム。
11. 蓄電システムがＬＡＮに接続されており、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が予め決められた時間未満であるなら天気予報から太陽電池の出力量を予測し、天気予報を基に未来の太陽電池の発電量を算出し、算出された結果、太陽電池の発電量が、定格出力の半分以上である期間が前記予め決められた時間以上であるなら、系統からの蓄電をしないことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の蓄電システム。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の蓄電システムから取り外しても、単独で直流電圧および交流電圧を出力できることを特徴とするカートリッジ。

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