JP6268520B2

JP6268520B2 - 蓄電制御ユニット及びそれを用いた発電コンテナ

Info

Publication number: JP6268520B2
Application number: JP2013263743A
Authority: JP
Inventors: 河原　光之介; 光之介河原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP2015122817A

Description

本発明は、蓄電装置及び該蓄電装置の充放電を制御する制御装置を備えた蓄電制御ユニット並びに該蓄電制御ユニットを用いた発電コンテナに関する。

従来より、電力は、火力発電所等において大規模且つ集中的に生み出された後、配電線を介して遠方まで送電されている。近年では、このような大規模集中発電に加え、電力需要地に近い地域において小規模な発電を行う分散型小規模発電が注目されている。

上記のような分散型小規模発電は、大規模集中発電に何らかのトラブルが発生した場合のバックアップ発電として有効であると共に、僻地や離島等の無電化地域における電力供給にも用いることができる。特に、無電化地域での電力供給にあっては、分散型小規模発電は、大規模集中発電に比べて低予算、迅速且つ簡便にインフラを整備できるという利点を有する。このような分散型小規模発電を行うものの一例として、太陽光発電で得られた直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に供給する変電設備ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２４３８６７号公報

しかしながら、上述したような変電設備ユニットでは太陽光発電で得られた電力を蓄電することができないので、電力を蓄電したい場合には、蓄電装置を別途設ける必要があり設置に手間と時間がかかる。これは、特に、僻地や離島等の無電化地域において多数の変電設備ユニットを設ける必要があるときには深刻な問題となる。

本発明は、上記課題を解決するものであって、蓄電装置及び該蓄電装置の充放電を制御する制御装置を備えた蓄電制御ユニットにおいて、簡便且つ迅速に設置することができる蓄電制御ユニットを提供することを目的とする。

本発明の蓄電制御ユニットは、電力を蓄電する蓄電装置と、この蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、を備え、前記蓄電装置は、複数の蓄電池と、これら複数の蓄電池を収納する蓄電池ラックと、を有し、前記蓄電池ラック及び制御装置は、互いに一体に構成され、前記複数の蓄電池は、各々の側面に該蓄電池の機能を調整するための調整部を有し、前記蓄電池ラックは、棚型形状の外観を有し、その一面側に前記調整部が配置されるように前記複数の蓄電池を収納し、前記制御装置は、箱型形状の外観を有し、その一面側に前記制御装置を操作するための操作部を有し、前記蓄電装置及び制御装置は、前記蓄電池の調整部と前記制御装置の操作部とが互いに反対側を向くように配置されていることを特徴とする。

前記制御装置は、前記蓄電装置から外部負荷への電力供給を制御するリレー装置を更に有し、前記蓄電装置の蓄電電圧が所定の閾値以下の場合には前記リレー装置をオフにして前記蓄電装置から外部負荷への電力供給を停止し、前記蓄電装置の蓄電電圧が所定の閾値以上の場合には前記リレー装置をオンにして前記蓄電装置から外部負荷への電力供給を行うことが好ましい。

本発明の発電コンテナは、上記の蓄電制御ユニットと、前記蓄電制御ユニットを収納するコンテナと、前記コンテナの外側に取り付けられ自然エネルギを利用して発電する発電装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電池ラック及び制御装置が互いに一体に構成されているので、蓄電装置のセットアップを効率的に行うことができ、蓄電制御ユニットを簡便且つ迅速に設置することができる。

本発明の一実施形態に係る発電コンテナの斜視図。（ａ）は上記発電コンテナを構成する蓄電制御ユニットの側面図、（ｂ）は（ａ）のＩ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）のＩＩ方向から見た図。上記発電コンテナのブロック図。

本発明の一実施形態に係る発電コンテナについて図１を参照して説明する。発電コンテナ１は、例えば、僻地や離島等の無電化地域の屋外に移動可能に設置され、該無電化地域において発電を行うものである。発電コンテナ１は、自然エネルギを利用して発電する発電装置２と、発電装置２により発電された電力の蓄電及び蓄電した電力の外部負荷への供給を制御する蓄電制御ユニット３と、蓄電制御ユニット３を収納するコンテナ４と、を備える。

発電装置２は、コンテナ４の外側に取り付けれ、図例では、コンテナ４の屋根上に取り付けられた複数の太陽電池パネル２１と、これら太陽電池パネル２１を所定の向きで支持する支持体２２と、を有する。太陽電池パネル２１は、太陽光の光エネルギを直流電力に変換する。太陽電池パネル２１により生み出された直流電力は、太陽電池パネル２１から導出された配電ケーブル（不図示）やコンテナ４に設置された接続箱（不図示）等を介して蓄電制御ユニット３に送電される。なお、発電装置２は、太陽電池パネル２１を有するものに限定されず、例えば、風力タービン発電装置や水力タービン発電装置により構成されていてもよい。また、発電装置２は、コンテナ４の側面やコンテナ４から離れた場所に設置されていてもよい。更に、支持体２２は、太陽電池パネル２１の向きや位置を可変とできるように構成されていてもよい。

コンテナ４は、蓄電制御ユニット３を風雨から守るものであり、図例では、矩形の箱型形状に構成されている。コンテナ４は、その側面に観音開き式の扉４１を有し、この扉４１を開閉することでコンテナ４への蓄電制御ユニット３の出入が行われる。なお、図例ではコンテナ４内に１つの蓄電制御ユニット３が収容されているが、コンテナ４内に複数の蓄電制御ユニット３が収容されていてもよい。

図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように、蓄電制御ユニット３は、発電装置２により発電された電力を蓄電する蓄電装置５と、蓄電装置５の充放電を制御する制御装置６と、蓄電装置５及び制御装置６の底面を保持するベース部材３１と、を有する。なお、図２（ａ）では制御装置６をドットの塗りつぶしで示している。蓄電装置５は、複数の蓄電池５１と、これら蓄電池５１を収納する蓄電池ラック５２と、を有する。蓄電池ラック５２及び制御装置６は、図例では、それぞれ矩形棚型形状及び矩形箱型形状の外観を有し、互いに一体化した状態でベース部材３１に取り付けられている。また、蓄電池ラック５２及び制御装置６は、絶縁性シートやラバー材を介在させて絶縁を確保した上で、各々の上端部が互いにボルト締めされることでも一体化されている。このようにして一体化された蓄電池ラック５２及び制御装置６は、ベース部材３１がコンテナ４の底面に溶接固定又はアンカーボルト固定されることでコンテナ４内に設置される。

複数の蓄電池５１は、各々の側面に蓄電池５１の機能を調整するための調整部５３（図２（ｂ）参照）を有する。蓄電池５１は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池により構成され、バッテリパック、自動車用電池又はキャパシタにより代用されてもよい。蓄電池ラック５２は、その一面側に調整部５３が配置されるように複数の蓄電池５１を収納している。

制御装置６は、その一面側に設けられ制御装置６を操作するための操作部６１と、蓄電池５１に蓄電された直流電力を交流電力に変換するインバータ６２と、を有する。インバータ６２は、インバータ６２からの放熱が効率良く起こるように制御装置６の上面に載置されている。また、インバータ６２は、高い突入電流耐性を有するものにより構成され、これにより、高品位の蓄電池５１が得られなかった場合でも安定した電力を供給することができる。蓄電池５１と制御装置６との電気的接続は、制御装置６の他面側に設けられたアウトレット穴（不図示）より制御装置６のケーブルや信号線（不図示）を導出し、このケーブルや信号線を蓄電池５１に接続することで成される。

蓄電装置５及び制御装置６は、蓄電池５１の調整部５３と制御装置６の操作部６１とが互いに反対側を向くように配置され、各々の他面を介して互いに接している。このように蓄電装置５及び制御装置６を配置することで、蓄電制御ユニット３において蓄電池５１の調整部５３及び制御装置６の操作部６１へのアクセスが良くなるので、操作性を向上させることができる。

上述のように、本実施形態の蓄電制御ユニット３によれば、蓄電池ラック５２及び制御装置６が互いに一体に構成されているので、蓄電装置５のセットアップを効率的に行うことができ、蓄電制御ユニット３を簡便且つ迅速に設置することができる。また、発電コンテナ１は移動可能に構成されているので、発電コンテナ１を設置した所望の場所において発電を行うことができる。

図３に示すように、発電コンテナ１には、発電装置２（太陽電池パネル）及び蓄電装置５の各々と接続されたデータロガー７が設けられている。データロガー７は、制御装置６の温度を検知する制御装置温度センサ７１、太陽光照度を検知する日照センサ７２、外気温を検知する外気温センサ７３及びコンテナ４内の温度を検知するコンテナ内温度センサ７４の各々と接続されている。データロガー７は、これらセンサ７１乃至７４からの情報を統合して解析することで発電装置２による発電電力量を推定する共に、その推定された発電電力量と蓄電装置５に実際に蓄電された電力量とを比較する。

また、制御装置６には、インバータ６２で変換された交流電力の外部負荷８への供給をオンオフするリレー装置６３が設けられている。インバータ６２とリレー装置６３との間には、エネルギモニタとして積算電力計６４が接続されている。積算電力計６４は、１分ごとのトレンドデータや、１時間又は１日ごとのデータを記録する。

また、制御装置６には、発電装置２及び蓄電装置５の動作を制御する充放電コントローラ６５が設けられている。充放電コントローラ６５は、最大電力追尾（ＭＰＰＴ）方式により発電装置２の制御を行うと共に、発電装置２により発電された電力の蓄電装置５への充電及び蓄電装置５からの放電を制御する。なお、充放電コントローラ６５は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により発電装置２の制御を行ってもよい。また、充放電コントローラ６５は、イーサネット（登録商標）、３Ｇ又は４Ｇといったインターネット通信接続可能な通信装置を有し、インターネットを介して遠隔地から充放電コントローラ６５の監視や操作が行えるように構成されていてもよい。

また、制御装置６には、充放電コントローラ６５に接続されたシステムモニタ６６と、システムモニタ６６に接続されリレー装置６３をオンオフ制御するリレードライバ６７と、が設けられている。システムモニタ６６は、液晶ディスプレイ等の表示パネルを有し、充放電コントローラ６５を介した蓄電装置５の動作状況、各種設定、診断、データ記録等を表示する。蓄電装置５の動作状況としては、蓄電池５１の現在の電圧、最小電圧、最大電圧、充電電流、温度、発電装置２の入力電圧等がシステムモニタ６６に表示される。蓄電装置５の各種設定としては、蓄電池５１のシステム電圧、種類又は特性等がシステムモニタ６６に表示される。蓄電装置５の診断としては、蓄電池５１の積算電力値、電流値、充電状態、最適充電してからの日数、メンテナンスからの日数、動作開始時間からの蓄積時間等がシステムモニタ６６に表示される。蓄電装置５のデータ記録としては、蓄電池５１の１日内での最小電圧及び最大電圧、充電電流量、電力量、温度や発電装置２の最大電力、故障回数等がシステムモニタ６６に表示される。

リレードライバ６７は、蓄電装置５の蓄電電圧が所定の閾値以下の場合には、リレー装置６３をオフにして蓄電装置５から外部負荷８への電力供給を停止する。また、リレードライバ６７は、蓄電装置５の蓄電電圧が所定の閾値以上の場合には、リレー装置６３をオンにして蓄電装置５から外部負荷８への電力供給を行う。これにより、蓄電装置５の蓄電電圧が高いときには蓄電装置５から外部負荷８に電力を供給するが、蓄電装置５の蓄電電圧が低いときには外部負荷８への電力供給を停止して蓄電装置５の充電を優先させることができる。このように、制御装置６によれば、リレー制御も含めた回路ユニットを一挙に提供することができる。

また、制御装置６には、充放電コントローラ６５に接続された警報器６８が設けられている。警報器６８は、充放電コントローラ６５により検知された蓄電池５１の蓄電電圧が所定値以上又は所定値以下となったときに警報を発し、発電コンテナ１周囲の人々に注意を喚起する。

また、発電コンテナ１には、充放電コントローラ６５及び外部負荷８の両方に接続された発電機９が設けられていることが好ましい。発電機９は、例えば、通常のエンジン式又は燃料電池式の発電機により構成され、充放電コントローラ６５が蓄電池５１の蓄電電圧が所定値以下になったことを検知したときに外部負荷８に電力を供給する。これにより、蓄電装置５から外部負荷８への電力供給が行われていない場合又は蓄電装置５から外部負荷８への電力供給が十分でない場合でも、安定して外部負荷８に電力を供給することができる。

更に、発電コンテナ１には、蓄電装置５の温度を検知する蓄電装置温度センサ５４と、蓄電装置５を冷却する蓄電装置空冷ファン５５と、が設けられている。蓄電装置温度センサ５４及び蓄電装置空冷ファン５５は、それぞれ充放電コントローラ６５に接続されている。充放電コントローラ６５は、蓄電装置温度センサ５４により検知された蓄電装置５の温度が所定温度よりも高い場合には、蓄電装置空冷ファン５５を駆動して蓄電装置５を冷却する。これにより、蓄電装置５が異常な高温になるのを防いで、蓄電装置５が誤作動又は故障を防止することができる。

なお、本発明に係る蓄電制御ユニット及びそれを用いた発電コンテナは、上記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、制御装置は、インバータを経由せずに、発電装置から得られた直流電力又は蓄電装置に蓄電された直流電力を、交流電力に変換することなく直流電力により駆動される機器に直接的に供給する直流電力回路を有する構成であってもよい。また、蓄電装置空冷ファン、警報器及び発電機は、リレードライバを介したリレー駆動によって動作する構成であってもよい。

１発電コンテナ
２発電装置
３蓄電制御ユニット
４コンテナ
５蓄電装置
５１蓄電池
５２蓄電池ラック
５３調整部
６制御装置
６１操作部
６３リレー装置
８外部負荷

Claims

電力を蓄電する蓄電装置と、この蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、を備えた蓄電制御ユニットであって、
前記蓄電装置は、複数の蓄電池と、これら複数の蓄電池を収納する蓄電池ラックと、を有し、
前記蓄電池ラック及び制御装置は、互いに一体に構成され、
前記複数の蓄電池は、各々の側面に該蓄電池の機能を調整するための調整部を有し、
前記蓄電池ラックは、棚型形状の外観を有し、その一面側に前記調整部が配置されるように前記複数の蓄電池を収納し、
前記制御装置は、箱型形状の外観を有し、その一面側に前記制御装置を操作するための操作部を有し、
前記蓄電装置及び制御装置は、前記蓄電池の調整部と前記制御装置の操作部とが互いに反対側を向くように配置されていることを特徴とする蓄電制御ユニット。
前記制御装置は、前記蓄電装置から外部負荷への電力供給を制御するリレー装置を更に有し、前記蓄電装置の蓄電電圧が所定の閾値以下の場合には前記リレー装置をオフにして前記蓄電装置から外部負荷への電力供給を停止し、前記蓄電装置の蓄電電圧が所定の閾値以上の場合には前記リレー装置をオンにして前記蓄電装置から外部負荷への電力供給を行うことを特徴とする請求項１に記載の蓄電制御ユニット。
請求項１又は請求項２に記載の蓄電制御ユニットと、前記蓄電制御ユニットを収納するコンテナと、前記コンテナの外側に取り付けられ自然エネルギを利用して発電する発電装置と、を備えたことを特徴とする発電コンテナ。