JP6801992B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電システムに関する。

近年、太陽光発電などの自然エネルギーを利用した太陽光発電設備と、蓄電池を有する蓄電システムを住宅などの建物に備えた電力システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような電力システムでは、需要家自身のピーク電力シフトや太陽光発電設備によって発電された電力のうち需要家自身がそのとき消費できない余剰電力を、貯蔵したりすることが可能となる。また、蓄電システムを用いる際に、例えば、電力の供給事業者が設定する電気料金が安価な時間帯では商用電力を購入して蓄電設備へ蓄電し、電気料金が高額な時間帯では蓄電設備に蓄電された電力を使用する運用も可能である。この場合、需要家は、経済的なメリットを得ることができる。

特開２０１１−１８７１６９号公報

しかしながら、上記したような従来の蓄電システムでは、蓄電池の重量や形状が大きくなることから、設置場所として住宅などの建物内ではなく屋外に設けるケースが増えている。そのため、屋外での空きスペースを効率よく利用して蓄電システムを設置できる構造のものが求められていた。
また、蓄電システムを屋外に設置する場合には、蓄電池が風雨や直射日光等にさられる環境下となる。例えば大雨の際に屋外に設置した蓄電池が浸水すると、その蓄電能力が著しく低下することから、蓄電機能を維持できないといった問題があり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、屋外の空スペースを有効利用して効率的に設置することができ、かつ風雨や直射日光による影響を抑えて屋外であっても蓄電機能を維持できる蓄電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る蓄電システムは、屋外に設けられる収容器と、前記収容器内の収容部に収容された蓄電池と、前記収容部の外部と前記蓄電池とを電気的に接続する接続端子と、を備え、前記収容器は、上方が開放され前記蓄電池が収容される容器本体と、該容器本体の開口部を開閉可能に設けられた蓋体と、を備え、前記容器本体の上部が地上に突出した状態で地盤又は基礎に埋設され、前記蓋体が地上部に配置されていることを特徴としている。

本発明では、収容器内の蓄電池が接続端子を介して外部の電気設備（負荷）に接続することができ、屋外に蓄電機能をもたせた蓄電システムを構築することができる。そして、蓄電池が収容器の収容部に収容された構成となることから、蓄電システムとして設定された形状、大きさとなり、屋外の空スペースを有効利用して効率的に設置することができる。例えば収容器が筐体である場合には、蓄電システムがユニット化された状態となり、持ち運びがしやすくなることから、例えば住宅の壁面の高所部やベランダ等に配置でき、屋外における配置場所の選択肢が増え、前述のような屋外の空スペースを利用した好適な配置が可能となる。
また、蓄電池が収容器に覆われた状態で収容されているので、風雨や直射日光に直接さらされることを防ぐことができる。例えば、大雨の際にも収容器内に雨水が浸入することを防止することが可能となり、蓄電池の蓄電機能を維持することができる。
また、この場合には、蓄電池が収容された収容器を地盤又は基礎に埋設して設置することで、屋外の地上部分に蓄電システムが配置されなくなりスペース効率が向上されるうえ、屋外の外観も良好になる利点がある。

また、本発明に係る蓄電システムは、前記蓋体の上面に傾斜面が形成されていることを特徴としてもよい。

この場合には、水浸入防止手段によって収容器内への水の浸入を確実に防ぐことが可能となる。そのため、大雨時や洪水時であっても収容部に収容されている蓄電池が水に接触したり浸水したりすることを防ぐことができる。

また、本発明に係る蓄電システムは、前記収容器は、免震構造を備えていることを特徴としてもよい。

このような構成とすることで、地震時であっても免震構造によって蓄電池が収容されている収容器が免震され、その振動を小さく抑えることができる。そのため、蓄電池が収容器に接触、あるいは衝突することによって破壊されることを防止できる。

本発明の蓄電システムによれば、屋外の空スペースを有効利用して効率的に設置することができ、かつ風雨や直射日光による影響を抑えて屋外であっても蓄電機能を維持できる効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態による蓄電システムを住宅の屋外に設けた構成を模式的に示した図である。 図１に示す住宅の一部を示す側面図であって、蓄電システムを断面視した図である。 変形例による蓄電システムの一部を示す縦断面図である。 第２の実施の形態よる蓄電システムの構成を示す縦断面図である。 第３の実施の形態よる蓄電システムの構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態よる住宅の一部を示す側面図であって、蓄電システムを断面視した図である。

以下、本発明の実施の形態による蓄電システムについて、図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態による蓄電システム１は、住宅２（建物）の屋外に設けられ、住宅２で使用する電気設備の電力となっている。
住宅２は、前記蓄電システム１と、屋根２ａ上に設置される太陽光発電設備２１と、太陽光発電設備２１に接続された分電盤２２と、住宅２で電力を消費する機器や設備などから構成される負荷２３と、を備えている。これら太陽光発電設備２１、分電盤２２、負荷２３等は、図示しない制御部によって制御される。

太陽光発電設備２１は、再生可能エネルギーである太陽光を利用する発電装置の１つであり、光起電力効果により光エネルギーを電力に変換することにより発電を行う電力発生装置である。太陽光発電設備２１は、住宅２の屋根２ａなどのように、太陽光が他の建物に遮蔽されにくい場所に設置されている。これにより、太陽光発電設備２１は、発電素子が配置されている面に対し、太陽光が遮蔽されずに照射され、この照射された太陽光を効率的に電力に変換する。

分電盤２２は、電力経路の切り替えを行う電力経路を切替えるものである。分電盤２２は、住宅２において、外部から供給される商用電力を負荷２３に供給するように電力経路を形成することができる。また、分電盤２２は、太陽光発電設備２１により発生された電力を負荷２３に供給するように電力経路を形成するとともに、商用電力と太陽光発電設備２１の一方または両方から供給される電力を蓄電システム１に充電するように電力経路を形成することができる。また、分電盤２２は、蓄電システム１から放電により出力させた電力を、負荷２３に供給するように電力経路を形成することができる。

蓄電システム１は、充電のために入力される電力を蓄積し、また蓄積した電力を放電して出力する。蓄電システム１は、図２に示すように、本実施の形態において住宅２に近接する屋外２Ａの地盤５上に基礎コンクリート３（支持部）を介して設置されている。蓄電システム１は、屋外２Ａに設けられる筐体１１（収容器）と、筐体１１内の収容部１１ａに収容された蓄電池１２と、収容部１１ａの外部と蓄電池１２とを電気的に接続する接続端子１３と、を備えている。

基礎コンクリート３は、地盤５における蓄電システム１の設置領域に所定の厚みをもって打設されている。基礎コンクリート３の上面には、筐体１１を固定するためのアンカーボルト３１が複数打設されている。この基礎コンクリート３は、蓄電システム１を安定させて支持することは勿論、地盤５よりも高い位置に蓄電システム１を配置することが可能となるので、例えば大雨時において地盤５に雨水が溜まっても蓄電システム１が浸水することを抑制する水浸入防止手段を兼ねている。

筐体１１は、６面からなる箱状に形成され、側面に不図示の開閉蓋が設けられている。筐体１１は、側壁１１ｃの下端に外方に向けて突出する取付リブ１１ｂが設けられ、この取付リブ１１ｂに貫通させた複数のアンカーボルト３１の頭部のそれぞれをナット３２で締め付けることで基礎コンクリート３に固定されている。前記開閉蓋を開閉することで、筐体１１の収容部１１ａに対して蓄電池１２を挿入したり、取り出すことが可能となっている。

蓄電池１２は、商用電源と太陽光発電設備２１の一方又は両方から充電のために入力される電力を蓄積し、また、蓄積した電力を放電して出力する。蓄電池１２としては、例えばリチウムイオン電池などを採用することができる。蓄電池１２には、充電するための電力の交流直流変換、又は蓄電池１２から放電により出力される電力の直流交流変換を行うための不図示のインバータを備えている。具体的には、蓄電池１２の直流を、対応する電気設備（冷蔵庫等の家電）等に、不図示のパワーコンディショナーを介して、そのまま供給することができる。

接続端子１３は、収容部１１ａに収容された蓄電池１２に電気的に接続されており、筐体１１の側壁１１ｃに設けられている。図２では、住宅２内に設置されている分電盤２２（図１参照）に接続される電線２４が接続端子１３に接続される構成となっている。
なお、本実施の形態では、接続端子１３を筐体１１に設けた構成としているが、これに限定されず、図２に示す矢印１３Ａの住宅２に接続される部分を接続端子としてもよい。この場合には、蓄電池１２に電気的に接続される接続線１３ａ（図２の二点鎖線）が住宅２に向けて延びて接続端子１３Ａを構成する。

次に、上述した蓄電システムの作用について図面を用いて詳細に説明する。
図２に示すように、本実施の形態では、筐体１１内の蓄電池１２が接続端子１３を介して外部の電気設備（負荷２３）に接続することができ、屋外２Ａに蓄電機能をもたせた蓄電システム１を構築することができる。そして、蓄電池１２が筐体１１の収容部１１ａに収容された構成となることから、蓄電システム１として設定された形状、大きさとなり、屋外の空スペースを有効利用して効率的に設置することができる。

本実施の形態のように収容器が筐体１１である場合には、蓄電システム１がユニット化された状態となり、持ち運びがしやすくなることから、本実施の形態のような地盤５上に基礎コンクリート３を介して設置するだけでなく、例えば住宅２の壁面の高所部やベランダ等に配置でき、屋外２Ａにおける配置場所の選択肢が増え、前述のような屋外２Ａの空スペースを利用した好適な配置が可能となる。
また、蓄電池１２が筐体１１に覆われた状態で収容されているので、風雨や直射日光に直接さらされることを防ぐことができる。例えば、大雨の際にも筐体１１内に雨水が浸入することを防止することが可能となり、蓄電池１２の蓄電機能を維持することができる。

また、本実施の形態では、屋外２Ａの地盤５といった不安定な設置面に対しても、蓄電池１２が収容された重量の大きな筐体１１を基礎コンクリート３によって安定した状態で固定することができる。

上述のように本実施の形態による蓄電システム１では、屋外２Ａの空スペースを有効利用して効率的に設置することができ、かつ風雨や直射日光による影響を抑えて屋外であっても蓄電機能を維持できる。

次に、本発明の蓄電システムによる他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

（変形例）
次に、図３に示すように、上述した第１の実施の形態の変形例による蓄電システム１Ａは、筐体１１と基礎コンクリート３との間に複数の免震ゴム４（免震構造）を介在させた構成となっている。免震ゴム４は、平面視で筐体１１の底板１１ｄの４つの角部に配置され、ゴム材４１を下板４２と上板４３で挟持した構成となっている。免震ゴム４は、下板４２が基礎コンクリート３の上面に固定され、上板４３が筐体１１の底板１１ｄに固定されている。
本変形例による蓄電システム１Ａでは、地震時であっても免震ゴム４によって蓄電池１２が収容されている筐体１１が免震され、その振動を小さく抑えることができる。そのため、蓄電池１２が筐体１１に接触したり、あるいは衝突することによって破壊されることを防止できる。

（第２の実施の形態）
次に、図４に示す第２の実施の形態による蓄電システム１Ｂは、蓄電池１２を収容部１４ａに収容した筐体１４（収容器）を地盤５に埋設した構成となっている。本実施の形態の筐体１４は、上方が開放された開口部１４ｂを有する容器本体１４Ａと、その開口部１４ｂを開閉可能に閉じる蓋体１４Ｂと、を備え、容器本体１４Ａの収容部１４ａに蓄電池１２が収容されている。蓋体１４Ｂの上面は、中央部から外周側よりも上向きに凸となる傾斜面１４ｃ（水浸入防止手段）が形成されている。

蓄電システム１Ｂは、蓄電池１２に電気的に接続される接続線１３ａが蓋体１４Ｂを貫通して外部に配され、その接続線１３ａの先端に設けられる接続端子１３を介して分電盤２２（図１参照）に接続されている。
蓄電システム１Ｂを配置する箇所には、地盤５を掘削し、筐体１４が埋まる大きさの掘削開口５１を予め設けておく。また、筐体１４が接地される部分（掘削開口５１の下方部分）の地盤５は、例えば砂利等の透水性の高い排水材５２（水浸入防止手段）に置換されている。

第２の実施の形態による蓄電システム１Ｂでは、蓄電池１２が収容された筐体１４を地盤５に埋設して設置することで、屋外２Ａの地上部分に蓄電システム１が配置されなくなりスペース効率が向上されるうえ、屋外２Ａの外観も良好になる利点がある。
また、本第２の実施の形態では、水浸入防止手段として蓋体１４Ｂに中央が上に凸となる傾斜面１４ｃが形成されているので、蓋体１４Ｂに雨水が溜まり難くなり、筐体１４内への水の浸入を確実に防ぐことが可能となる。さらに、水浸入防止手段として筐体１４の下方の地盤５が排水材５２となっているので、地盤５内に浸み込んだ雨水が効率よく地中に排水され、少なくとも筐体１４の下方の地盤中に雨水が溜まることが抑制され、筐体１４内への水の浸入を確実に防ぐことが可能となる。そのため、大雨時や洪水時であっても収容部１４ａに収容されている蓄電池１２が水に接触したり浸水したりすることを防ぐことができる。

なお、本実施の形態のような排水材５２に代えて止水シート（図示省略）を水浸入防止手段として設けてもよい。この場合には、掘削開口５１の掘削面と、筐体１４との間に止水シートを敷設することで、蓄電システム１が地盤５に対して隔離されるため、筐体１４内への水の浸入を抑制できる構成となる。

（第３の実施の形態）
次に、図５に示す第３の実施の形態による蓄電システム１Ｃは、収容部１５ａ（収容スペース）が形成された柱状郵便受け１５（屋外構造物）を収容器とされ、その収容部１５ａに蓄電池１２が収容された構成となっている。柱状郵便受け１５は、表札やインターホン等も含んで構成されている。なお、柱状郵便受け１５の収容部１５ａが開放されたスペースがある場合には、その開放部分に蓋体を設けて収容部１５ａ全体を覆うように構成することで、風雨にさらされることを防止できる。
本第３の実施の形態の場合には、壁状郵便受け１５の屋外構造物の内側に形成される収容スペースが蓄電池１２の収容部１５ａとなるから、屋外２Ａの空スペースを利用した好適な配置を実現することができる。

（第４の実施の形態）
次に、図６に示す第４の実施の形態による蓄電システム１Ｄは、第１の実施の形態の蓄電システム１が地盤５に設置されているが、この設置位置を地盤５から離れた上方としたものであって、住宅２の壁面２ｂの上方の位置に支持ブラケット６（支持部）を介して固定した構成となっている。なお、蓄電池１２の取り出し方向としては、筐体１１が高所に位置するので、壁面２ｂから離れた位置での作業とならないよう壁面２ｂに沿う方向に挿入、取り出しが可能な方向であることが好ましい。
この場合には、屋外２Ａの地盤５や住宅２の壁面２ｂといった不安定な設置面に対しても、蓄電池１２が収容された重量の大きな筐体１１を支持ブラケット６によって安定した状態で固定することができる。

以上、本発明による蓄電システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

［収容器］
例えば、本第１実施の形態及び変形例の筐体１１の形状、大きさ、固定方法については適宜変更することが可能である。つまり、筐体１１は、設置条件と、内側に収容する蓄電池１２の収容量などに応じて収容部１１ａの大きさ、形状が決められる。筐体１１が収容される屋外スペースに合わせた筐体１１の形状が設定されればよい。

そして、本第１の実施の形態では、筐体１１は基礎コンクリート３に設けられた雌ねじにボルトを螺合させることで固定されているが、アンカーボルトや、基礎コンクリート３に埋設されたブラケットに対して筐体１１の一部を溶接により固着する固定方法であってもよい。

また、収容器に対して蓄電池１２を挿入する方法又は取り出す構成として、上述した第１の実施の形態及び変形例、第３の実施の形態、第４の実施の形態では、収容器の側方に開閉蓋を設けて横方向から蓄電池１２を収容部に挿入、取出す構成となっているが、挿入出は横方向や第２の実施の形態のように上側であることに制限されることはない。例えば収容器が高い位置に設けられている場合には、収容器の底側から収容部にアクセスすることが可能なため、下側から蓄電池を挿入出するようにしてもよい。
なお、収容器に収容される蓄電池１２も、本実施の形態のように薄いリチウムイオン電池を積層した状態で配列される場合には、その積層する配列方向を収容器に対する挿入出方向に合わせることがよい。つまりリチウムイオン電池の面方向に沿う方向を挿入出方向とすればよい。

さらに、上述した第２の実施の形態のように地盤５や基礎に蓄電システムが埋設され、蓄電池１２が筐体１４の収容部１４ａの上側から挿入され、取り出される場合において、その収容部１４ａの形状として、上方から下方に向けて漸次収容部１４ａの幅寸法を小さくするテーパが形成されていることが好ましい。この場合、収容部１４ａの開口が底部よりも広がっているので、蓄電池１２の取り出しがし易くなる利点がある。

［蓄電システムの設置位置］
屋外２Ａにおける蓄電システムの設置構造として、上述した第１の実施の形態及び変形例では地盤５に基礎コンクリート３を介して設置される構造、第２の実施の形態では地盤５に埋設される構造、第３の実施の形態では既設構造である柱状郵便受け３２の内側に収容する構造、第４の実施の形態では地盤５から上方に離間した高さで住宅２の壁面２ｂに設置する構造としているが、これらの設置構造であることに制限されることはない。
例えば、住宅２に併設される例えば玄関前の階段部、掃出し窓前の掃出し基礎部、カーポートの基礎部などのコンクリート構造体の上部に蓄電システムを設置したり、或いは蓄電システムを埋設するようにしてもよい。また、鋼板等で形成された玄関前の階段部に下方スペースを有する場合には、その下方スペースに蓄電システムを設置することも可能である。

また、上述した第３の実施の形態では、蓄電池１２を収容する収容器として既設構造物の柱状郵便受け３２を適用しているが、柱状郵便受け３２であることに限定されることはなく、他の既設構造物を収容器の適用対象としてもよい。要は、内側、或いは下方など風雨が当たらない蓄電池１２の収容スペースが形成されていれば良く、例えば、門柱、壁状の塀、外灯のポール、カーポートの柱状部等に適用することができる。但し、収容スペースが形成されていてもその収容スペースが外部に連通する開口部がある場合には、そのスペースの開口部を塞ぐ蓋や扉を設け、収容スペース内に収容した蓄電池１２に風雨が当たることを防ぐことが好ましい。

さらに、本発明では、蓄電システム１が屋外に設置されていればよいので、筐体１１を収容器とした蓄電システム１を住宅２のベランダに設置することも可能である。
さらにまた、地盤５に対して基礎コンクリート３を介して収容器を設置しているが、基礎コンクリート３を省略して地盤５上に直接、収容器を設置することも可能である。この場合には、収容器の下方の地盤を透水性の高い砂利や砕石などの部材を敷設しておき、地盤上に水が溜まって収容器が浸水しないように構成しておくことが好ましい。
また、例えば第１の実施の形態では、筐体１１と基礎コンクリート３とが別体となっていてボルト等の固定手段を用いて固定する構成となっているが、基礎と一体化した構成の収容器（筐体１１）を採用することも可能である。この場合には、収容器の底部に基礎部が備えられているので、収容器を地盤上に配置する作業のみとなり、収容器の固定作業を省略でき、設置作業の効率化を図ることができる。

［熱回収・熱交換］
また、蓄電池１２は一般的におおよそ３０〜４０℃の温度になることから、蓄電池１２に熱回収手段や熱交換手段を設けることで、その熱を再利用する構成としてもよい。例えば、熱媒体が流通する熱交換用パイプを収容器内で蓄電池１２の周囲に配置するようにすることができる。
また、蓄電池は周辺温度が低温（ほぼ２０℃以下）となる場合には、蓄電池の蓄電機能が低下することから、蓄電システムに蓄電池の温度を加温したり保温するための断熱機能をもたせることが好ましい。あるいは、蓄電池の周囲に、蓄熱機能を有する部材を配置しても良い。

［その他の構成］
本実施の形態では、蓄電システム１が太陽光発電設備２１と別体になっているが、別体ではなく、蓄電システムに太陽電池を一体的に設けた構成であってもかまわない。
また、太陽電池とこの太陽電池の設置箇所との間に空間（空スペース）が設けられている場合には、この空間に蓄電システムが設けられていてもよい。

また、蓄電システムにおいて、使用履歴のデータを記憶できる記憶部を有し、さらに当該データを入出力できる機能も備えられていてもよい。とくに、記憶部に記憶されたデータは無線による通信手段を用いて検出できる構成でることが好ましい。
また、蓄電システムの状態を監視できる機能（正常か異常かの判断、表示機能、データの入出力機能など）を備えていても良い。なお、データの入出力機能の一例として、蓄電システムに異常が発生したときに、単なる異常表示だけではなく、例えば保守会社等の第三者に対して通知する通知機能を備えることも可能である。この場合の通知先として、保守会社の管理センターであってもよいし、保守会社の担当者の携帯電話等に通知するようにしてもよい。

さらに、本発明の蓄電システムにおいて、蓄電池と建物（パワーコンディショナー）との電力のやり取りを電磁誘導方式によるワイヤレス給電により行なう構成としてもよい。例えば、カーポートでもワイヤレス給電を実現することができる。つまり、カーポートの近傍に蓄電システムを設けておくことで、給電する電気自動車や電動自転車等の電動車両に対して蓄電システムからワイヤレスで給電することができる。
さらにまた、本発明の蓄電システムにおいて、「ＣＨＡｄｅＭＯ（チャデモ）」（登録商標）等のようにＥＶ（電気自動車）の急速充電方法を採用してもよい。この場合、電動車両等との充放電が可能であることが好ましい。また、コネクター等による直接接続、及び電磁誘導等による間接接続のいずれを適用することができる。

また、蓄電システムを支持する支持部（第４の実施の形態で支持ブラケット６）の金具がパワーラインであってもよい。すなわち、複数の蓄電池ユニットと、複数の蓄電池ユニットを収容可能なスロットとを有し、蓄電池を固定する金具を有する筐体との関係において、前記金具を介して電気的接続を行ってもよい。
さらに、上述した実施の形態のように筐体１１（収容器）自体がパワーラインであってもよい。この場合、とくに屋外設置の場合において、筐体１１に電位が生じる状態であれば、錆等を抑制することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 蓄電システム
２ 住宅（建物）
２Ａ 屋外
２ａ 屋根
３ 基礎コンクリート
４ 免震ゴム（免震構造）
５ 地盤
６ 支持ブラケット（支持部）
１１、１４ 筐体（収容器）
１１ａ、１４ａ 収容部
１２ 蓄電池
１３ 接続端子
１４ｃ 傾斜面（水浸入防止手段）
１５ 柱状郵便受け（屋外構造物）
２１ 太陽光発電設備
２２ 分電盤
２３ 負荷
３２ 柱状郵便受け（屋外構造物、収容器）
５２ 排水材（水浸入防止手段）

Claims (3)

1. 屋外に設けられる収容器と、
   前記収容器内の収容部に収容された蓄電池と、
   前記収容部の外部と前記蓄電池とを電気的に接続する接続端子と、
   を備え、
   前記収容器は、上方が開放され前記蓄電池が収容される容器本体と、該容器本体の開口部を開閉可能に設けられた蓋体と、を備え、
   前記容器本体の上部が地上に突出した状態で地盤又は基礎に埋設され、前記蓋体が地上部に配置されていることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記蓋体の上面に傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記収容器は、免震構造を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。

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