JPWO2016121315A1 - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

蓄電装置は、電池と、放電装置と、電池の充放電を制御する制御部と、を備える。放電装置は、膨潤性部材と可動式スイッチと放電スイッチとを有する。膨潤性部材が膨張することによって、可動式スイッチは動かされる。可動式スイッチが動かされることによって、放電スイッチはオンされる。放電スイッチがオンした旨の信号が制御部に伝達され、電池の放電が開始される。

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

電気自動車等のモータ駆動用の電源として、又は家庭用若しくは産業用の電源として、複数の電池を並列や直列に接続して、充電容量と出力電圧を大きくした組電池が利用されている。

特開２０１０−１８２５７９号公報 特開２０１１−１１５０３０号公報

組電池を廃棄する場合、古くなった組電池の端子電圧が理想的には０ボルトとなるように放電処理してから組電池を廃棄することが望ましい。

特許文献１は、複数の二次電池の電圧を均等化する均等化回路を用いて、二次電池を完全に放電する技術について、開示している。均等化回路は、複数の二次電池の各々に対して電極間を短絡するものである。

特許文献２は、蓄電装置に侵入した液体によって電気抵抗体を可動させ、可動した電気抵抗体によって電力搬送経路の間を導通させ、蓄電池を自発的に且つ自動的に放電させる強制放電機構について、開示している。特許文献２に開示されている強制放電機構は、蓄電池を廃棄する際の放電処理を実現するものではなく、昨今の異常気象などにより、河川の氾濫による道路の冠水或いは洪水による自動車の水没又は流出や、家屋の浸水等によって、蓄電池が水濡れ等した場合に機能する強制放電機構について開示するものである。

そこで本開示は、人為的操作を必要とすることなく、組電池を廃棄する際に組電池のエネルギを放電することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。

本開示にかかる蓄電装置は、電池と、放電装置と、電池の充放電を制御する制御部と、を備える。放電装置は、膨潤性部材と可動式スイッチと放電スイッチとを有する。膨潤性部材が膨張することによって、可動式スイッチは動かされる。可動式スイッチが動かされることによって、放電スイッチはオンされる。放電スイッチがオンした旨の信号が制御部に伝達され、電池の放電が開始される。

本開示にかかる蓄電装置は、電池と、放電装置と、を備える。放電装置は、膨潤性部材と、可動式の導電プレートと、放電用の正極端子と、放電用の負極端子と、を備える。放電用の正極端子は、電池の正極端子と電気的に接続される。放電用の負極端子は、電池の負極端子と電気的に接続される。膨潤性部材が膨張することによって、導電プレートは動かされ、導電プレートは放電用の正極端子と放電用の負極端子とを短絡させる。

本開示によれば、人為的操作を必要とすることなく、組電池を廃棄する際に組電池のエネルギを放電することが可能な蓄電装置を提供することができる。

図１は実施形態１の蓄電装置の外観を示す斜視図である。 図２は実施形態１の蓄電装置の外観を示す側面図である。 図３は蓄電装置を説明するための図面である。 図４は実施形態１の放電装置の斜視図である。 図５は実施形態１の放電装置の内部構造を示したものである。 図６はケースの外観を示した斜視図である。 図７は実施形態１の放電装置を説明するための図面である。 図８は実施形態２の蓄電装置の外観を示す斜視図である。 図９は実施形態２の蓄電装置の外観を示す側面図である。 図１０は実施形態２の放電装置の内部構造を示したものである。

以下、実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

実施形態では、家庭用若しくは産業用の電源として用いられる蓄電装置について説明する。実施形態にかかる蓄電装置は、日常的に使用されることを想定する。蓄電装置の使用態様としては、例えば、電力料金が安い時間帯に電池が充電され、電力料金が高い時間帯には電池に充電された電力を負荷に供給する。

図１乃至図７を用いて、実施形態１について説明する。

図１は、蓄電装置３０の外観を示す斜視図である。図１の蓄電装置３０の配置方向を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義した。図２は、蓄電装置３０をＹ方向から見た場合の蓄電装置３０の側面図である。図３は、蓄電装置３０を説明するための図面である。

本実施形態において、蓄電装置３０は、４つの電池ブロック１００と電池ブロック１００に含まれる電池の充放電を制御する制御システムとを含んで構成される。

電池ブロック１００は、例えば、複数の円筒型の電池が電気的に並列に接続された組電池を含んで構成される。隣り合う電池ブロック１００の正極端子１６と負極端子１８とは、バスバー１４により、電気的に直列に接続される。電池ブロック１００の側面と上面には固定部材１９が設けられる。固定部材１９は、電池ブロック１００の底面２４に固定される。

制御基板５０や電圧変換装置６０などは、電池の充放電を制御する制御システムを構成する。正極端子１６Ａおよび負極端子１８Ａは、実際には、制御システムを介して、負荷２０および商用交流電源１０と電気的に接続される。信号線４は、電池ブロック１００の状態に関する情報を制御部１６０に伝達するためのものである。

蓄電装置３０は、放電装置２１を備える。放電装置２１については、後述する。

制御システムについて、図３を用いて簡単に説明する。蓄電装置３０は、商用交流電源１０と接続され、負荷２０に交流電力を供給しているシステムを想定する。制御システムは、コンバータ１１０およびインバータ１２０、電源切替部１３０および制御部１６０を備える。なお、コンバータ１１０およびインバータ１２０は電圧変換装置６０内に構成されている。電源切替部１３０および制御部１６０などは、制御基板５０上に構成することができる。制御システムは、電源切替部１３０と電源切替制御部１６２を有する電源切替装置４０を備えているとも言う。

コンバータ１１０は、制御部１６０からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力を直流電力に変換して電池ブロック１００に供給し、電池ブロック１００を充電する。インバータ１２０は、制御部１６０からの指示に従い、電池ブロック１００を放電させ、電池ブロック１００から供給される直流電力を交流電力に変換して電源切替部１３０に供給する。

電源切替部１３０は、線路１４０と線路１４２を介して商用交流電源１０から交流電力の供給を受ける。また、電源切替部１３０は、線路１４４と線路１４６を介して、インバータ１２０から交流電力の供給を受ける。さらに、電源切替部１３０は、制御部１６０からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力と、インバータ１２０から供給される交流電力とのうちいずれか一方を選択し、線路１４８、線路１５０を介して負荷２０に供給する。

制御部１６０は、蓄電装置３０全体を管理する。制御部１６０はＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）および温度などの電池ブロック１００の状態を管理する。また、制御部１６０は、コンバータ１１０に充電制御を実行させ、あるいはインバータ１２０に放電制御を実行させる。さらに、制御部１６０は、電源切替制御部１６２を備える。電源切替制御部１６２は、電源切替部１３０を制御し、商用交流電源１０から供給される交流電力とインバータ１２０から供給される交流電力との切替制御を実行させる。

図４は、放電装置２１の斜視図である。図５は放電装置２１の内部構造を示したものであり、図５（Ａ）は蓄電装置３０の放電が開始される前の状態を示し、図５（Ｂ）は蓄電装置３０の放電が開始された後の状態を示したものである。

なお、放電装置２１により蓄電装置３０の放電を行なう場合とは、蓄電装置３０が長期間にわたり充放電を停止しているような場合を想定する。蓄電装置３０が長期間にわたり充放電を停止しているような場合とは、例えば、蓄電装置３０を廃棄するために蓄電装置３０の使用が停止されていることが考えられる。このような場合には、安全のために蓄電装置３０に含まれる電池の端子電圧を０ボルトとなるように放電処理することが好ましい。

放電装置２１は、電池ブロック１００に含まれる電池の放電処理を開始するためのスイッチである。放電装置２１は、可動式スイッチ２２と放電スイッチ２８とを備える。可動式スイッチ２２は、放電スイッチ２８をオンする。放電スイッチ２８がオンすると、蓄電装置３０に含まれる電池の放電処理が開始される。放電スイッチ２８は、制御基板５０に設けることができる。

筐体２３の内部には、適量の膨潤性部材２７が配置されている。放電装置２１は、外部から湿気を取り込み、湿気により膨潤性部材２７が膨張する。膨張した膨潤性部材２７は可動式スイッチ２２を動かし、可動式スイッチ２２が放電スイッチ２８をオンする。

放電装置２１は、吸湿口２５と穴２６を有する。放電装置２１は、吸湿口２５および穴２６を介して、外部からの湿気を筐体２３の内部に取り込む。なお、外部から湿気を取り込むことができれば、吸湿口２５は必要ない。

膨潤性部材２７は、吸水性ポリマーと塩化カルシウムなどの吸湿剤との混合物を用いうる。吸水性ポリマーが添加されていることにより膨潤性部材２７は膨張する。吸湿剤が添加されていることにより、吸湿剤が空気中の湿気を保持し、吸湿剤が保持した水分を吸水性ポリマーが吸水するため、吸水性ポリマーが膨張する速度を調整することができる。吸水性ポリマーとしては、例えばアクリル酸系ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなどを用いることができる。

図６は、蓄電装置３０が収容されるケース１の外観を示した斜視図である。図７（Ａ）は、外部より放電装置２１へ湿気が導入される前の様子を示したものであり、図７（Ｂ）は、外部より放電装置２１へ湿気が導入される様子を示したものである。

蓄電装置３０は、ケース１に収容される。ケース１は、放電装置２１の吸湿口２５に空気中の湿気を取り込むための開口部２および蓋３を備える。蓋３は、制御部１６０からの指令に従い、開口部２を開口する。蓋３により開口部２が開口されると、吸湿口２５および穴２６に外部の湿気が取り込まれ、膨潤性部材２７が膨張を開始する。なお、ケース１は、負荷２０へ電力を供給するためのコンセント口（不図示）および蓄電装置３０に含まれる電池を商用交流電源１０によって充電するための電源プラグ（不図示）等を備える。

開口部２が開口されるタイミングについて、以下に説明を加える。

開口部２の開閉は、制御部１６０により制御されている。制御部１６０にはタイマーが組み込まれている。信号線４を通じて制御部１６０が蓄電装置３０の充放電が停止されたことを把握すると、タイマーは、蓄電装置３０の充放電が停止されたことをトリガとしてカウントを開始する。タイマーでカウントした結果、充放電が停止されている期間が、あらかじめ設定された所定期間に達したような場合に、開口部２が開口される。

なお、タイマーによるカウントの途中で蓄電装置３０の充放電が再開されたような場合には、カウントをリセットすることが好ましい。

なお、旅行等を理由として蓄電装置３０を長期間使用せず、帰宅後に蓄電装置３０を再度使用する場合などは、ユーザの操作によって開口部２が開口されないように設定することもできる。また、この制御は、安全のために、蓄電装置３０が再稼動される度にリセットされるような設定とすることもできる。

放電スイッチ２８がオンした後の挙動について説明する。

放電スイッチ２８がオンすると、制御部１６０に放電スイッチ２８がオンした旨の信号が伝達される。放電スイッチ２８がオンした旨の信号を受信した制御部１６０は、インバータ１２０より交流電力が供給されるよう、電源切替制御部１６２に電源切替部１３０を切り替えさせる。インバータ１２０より供給される交流電力は、外部負荷ではなく、蓄電装置３０内の内部負荷に供給される。内部負荷とは、例えば制御部１６０等の起動電力や、放電専用の抵抗を蓄電装置３０内部に設けたようなものである。

インバータ１２０より供給される交流電力は、電池ブロック１００より供給される電力である。インバータ１２０より内部負荷に電力が供給されることで、蓄電装置３０に含まれる電池の端子電圧が理想的には０ボルトとなるように、蓄電装置３０に含まれる電池の放電処理がなされる。

図８乃至図１０を用いて、実施形態２について説明する。

実施形態１では、制御部１６０による制御によって蓄電装置３０の放電を行なった。実施形態２では、蓄電装置７０の放電を機械的な構成によって実現するものである。

なお、実施形態２の説明は、実施形態１と異なる部分について説明する。

図８は、蓄電装置７０の外観を示す斜視図である。図８の蓄電装置７０の配置方向を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義した。図９は、蓄電装置７０をＹ方向から見た場合の蓄電装置７０の側面図である。図１０は放電装置３１の内部構造を示したものであり、図１０（Ａ）は蓄電装置７０の放電が開始される前の状態を示し、図１０（Ｂ）は蓄電装置７０の放電が開始された後の状態を示したものである。

本実施形態において、蓄電装置７０は、４つの電池ブロック１００と電池ブロック１００に含まれる電池の充放電を制御する制御システムとを含んで構成される。

制御基板（不図示）や電圧変換装置６０などは、電池の充放電を制御する制御システムを構成する。正極端子１６Ａおよび負極端子１８Ａは、実際には、制御システムを介して、負荷２０および商用交流電源１０と電気的に接続される。

蓄電装置７０は、放電装置３１を備える。放電装置３１は、電池ブロック１００に含まれる電池の放電処理を機械的構成により実現するものである。放電装置３１は、可動式の導電プレート３２、放電用の正極端子３３および放電用の負極端子３４を備える。放電用の正極端子３３は、直列接続された４つの電池ブロック１００の正極端子１６Ａと電源ライン３５で接続されている。放電用の負極端子３４は、直列接続された４つの電池ブロック１００の負極端子１８Ａと電源ライン３６で接続されている。導電プレート３２が正極端子３３と負極端子３４とを電気的に接続することにより、正極端子３３と負極端子３４は短絡し、蓄電装置７０に含まれる電池は放電する。なお、短絡による発熱を抑制するために、抵抗を設けることが好ましい。なお、導電プレート３２が抵抗を備えたような構成にすることもできる。

なお、導電プレート３２は、放電装置３１の筐体２３の内部に配置された膨潤性部材２７の膨張を利用して動く。放電装置３１は、外部から湿気を取り込み、湿気により膨潤性部材２７が膨張する。膨張した膨潤性部材２７は導電プレート３２を動かし、導電プレート３２が正極端子３３と負極端子３４とを電気的に接続する。

放電装置３１は、放電装置２１と同様にケース１に収容しうる。放電装置３１が収容されるケース１においても、ケース１に設けられる蓋３は、制御部１６０からの指令に従い、開口部２を開口する。蓋３により開口部２が開口されると、吸湿口２５および穴２６に外部の湿気が取り込まれ、放電装置３１の膨潤性部材２７が膨張する。

放電装置３１の他の構成については、放電装置２１と同様の構成を採用しうる。

実施形態１および２は、家庭用若しくは産業用の電源として用いられる蓄電装置を例に挙げて説明したが、電気自動車等のモータ駆動用の電源として用いられる蓄電装置についても本開示にかかる放電処理を適用することができる。

本開示に係る蓄電装置は、電気自動車等のモータ駆動用の電源、バックアップ電源等に有用である。

１ ケース
２ 開口部
３ 蓋
４ 信号線
１０ 商用交流電源
１４ バスバー
１６および１６Ａ 正極端子
１８および１８Ａ 負極端子
１９ 固定部材
２０ 負荷
２１および３１ 放電装置
２２ 可動式スイッチ
２３ 筐体
２５ 吸湿口
２６ 穴
２７ 膨潤性部材
２８ 放電スイッチ
３０および７０ 蓄電装置
３２ 導電プレート
３３ 放電用の正極端子
３４ 放電用の負極端子
３５および３６ 電源ライン
４０ 電源切替装置
５０ 制御基板
６０ 電圧変換装置
１００ 電池ブロック
１１０ コンバータ
１２０ インバータ
１３０ 電源切替部
１４０ １４２ １４４ １４６ １４８ １５０ 線路
１６０ 制御部
１６２ 電源切替制御部

Claims (6)

1. 電池と、放電装置と、前記電池の充放電を制御する制御部と、を備えた蓄電装置であって、
   前記放電装置は、膨潤性部材と可動式スイッチと放電スイッチとを有し、
   前記膨潤性部材が膨張することによって、前記可動式スイッチは動かされ、
   前記可動式スイッチが動かされることによって、前記放電スイッチはオンされ、
   前記放電スイッチがオンした旨の信号が前記制御部に伝達され、前記電池の放電が開始される、蓄電装置。
2. 電池と、放電装置と、を備えた蓄電装置であって、
   前記放電装置は、膨潤性部材と、可動式の導電プレートと、放電用の正極端子と、放電用の負極端子と、を備え、
   前記放電用の正極端子は、前記電池の正極端子と電気的に接続され、
   前記放電用の負極端子は、前記電池の負極端子と電気的に接続され、
   前記膨潤性部材が膨張することによって、前記導電プレートは動かされ、
   前記導電プレートは、前記放電用の正極端子と前記放電用の負極端子とを短絡させる、蓄電装置。
3. 前記膨潤性部材は、吸水性ポリマーと吸湿剤とを備える、請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電装置は、ケースに収容され、
   前記ケースは、前記放電装置に湿気を取り込むための開口部および蓋を備え、
   前記制御部は、前記蓋を開放し、前記開口部に湿気を取り込む、請求項１に記載の蓄電装置。
5. 前記蓄電装置は、前記電池の充放電を制御する制御部をさらに備え、
   前記ケースは、前記放電装置に湿気を取り込むための開口部および蓋を備え、
   前記制御部は、前記蓋を開放し、前記開口部に湿気を取り込む、請求項２に記載の蓄電装置。
6. 前記制御部は、タイマーを備え、
   前記タイマーは、前記電池の充放電が停止されたことをトリガとしてカウントを開始し、前記電池の充放電が停止されている期間が所定期間を経過するまでカウントを行い、
   前記制御部は、前記タイマーのカウントが前記所定期間を経過した場合に、前記開口部を開口する、請求項４又は５に記載の蓄電装置。

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