WO2014128753A1

WO2014128753A1 - 蓄電システム

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Publication number: WO2014128753A1
Application number: PCT/JP2013/000913
Authority: WO
Inventors: 洋輔大槻; 裕行鏡原; 昌宏西村; 浩之上橋; 武東野
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2014-08-28
Also published as: JP2015159115A; JP5975314B2; JPWO2014128753A1

Abstract

　筐体内には複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆと、複数の吸気ファン６０ａ～ｃと、複数のヒータ７０ａ～ｃが配置される。複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆを冷却する場合、複数の吸気ファン６０ａ～ｃのうち筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させる。複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆを加熱する場合、複数のヒータ７０ａ～ｃのうち筐体の側面に近い位置のヒータを優先的に稼動させ、かつ複数の吸気ファン６０ａ～ｃのうち筐体の側面から遠い位置のヒータを優先的に稼動させる。

Description

蓄電システム

　本発明は、寒冷地仕様の蓄電システムに関する。

　近年、バックアップやピークシフト用の蓄電システムが普及してきている。蓄電池は温度依存性が高く、高温または低温下で充放電すると劣化が促進され、寿命が短くなることが知られている。特に低温時には電池の内部抵抗が大きくなるため、電圧低下が大きくなり、充電／放電禁止電圧まで低下することも発生し得る。そこで蓄電池の温度が適正範囲の状態で充放電することが望まれる（例えば、特許文献１参照）。

特開平０９－０８３１６７号公報

　蓄電池の温度を適正範囲に維持するため、蓄電池を収納した筐体内にヒータとファンを設けることが考えられる。その際、筐体内の空気の流れを良くするために、例えば筐体の上部と下部にファンを設けることが考えられる。

　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、蓄電池を収納した筐体内にヒータと複数のファンを設けた蓄電システムにて、蓄電池の温度を効率的に調整する技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、筐体内に配置された複数の蓄電池と、筐体内に配置された複数の吸気ファンと、筐体内に配置された複数のヒータと、を備える。複数の蓄電池を冷却する場合、複数の吸気ファンのうち筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させ、複数の蓄電池を加熱する場合、複数のヒータのうち筐体の側面に近い位置のヒータを優先的に稼動させ、かつ複数の吸気ファンのうち筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させる。

　本発明によれば、蓄電池を収納した筐体内にヒータと複数のファンを設けた蓄電システムにて、蓄電池の温度を効率的に調整できる。

本発明の実施の形態に係る蓄電システムを説明するための図である。本発明の実施の形態に係る蓄電システムの系統連系モードを説明するための図である。本発明の実施の形態に係る蓄電システムの自立運転モードを説明するための図である。図４（ａ）－（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る蓄電システムの物理的な構成例を説明するための図である。筐体を右側面から見た図である。図１の蓄電システムの構成要素を説明するための機能ブロック図である。温度制御部及びファン・ヒータ制御部による、ヒータ、蓄電池ファン及びインバータファンの制御をまとめた図である。本発明の実施の形態に係る蓄電システムによる、温度制御例を説明するためのフローチャートである。変形例に係る蓄電システムの物理的な構成例を説明するための図である。

　本発明の実施の形態は、系統電源に接続される蓄電システムであって、さらに太陽光発電システムと連携する蓄電システムに関する。当該蓄電システムは、例えば産業施設、公共施設、商業施設、オフィスビル、住居などに設置される。電力会社が時間帯別電気料金制度を採用している場合、夜間の時間帯の電気料金は、昼間の時間帯の電気料金よりも安く設定される。例えば、２３：００～翌日の７：００までの電気料金が他の時間帯より安く設定される。従って夜間に系統電源から蓄電池に充電し、蓄電池に蓄えられた電力を昼間に使用することにより電気料金を抑えることができる。電力会社側から見ると電力使用量が平準化されることになる。

　蓄電池に蓄えられた電力は、系統電源が停電したとき特定負荷（例えば、電灯、エレベータ、コンピュータサーバなど）を動作させるためのバックアップ電源として用いられる。特定負荷は系統電源の停電時にて、優先的に蓄電池または太陽光発電システムから電力供給を受けることができる予め設定された負荷である。本明細書では、それ以外の負荷を一般負荷という。

　図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１００を説明するための図である。実施の形態に係る蓄電システム１００は、蓄電池モジュール１０、蓄電池パワーコンディショナ２０、蓄電池管理装置３０、インバータファン５０、蓄電池ファン６０、第１スイッチＳ１～第９スイッチＳ９、第１ブレーカＢ１～第３ブレーカＢ３を備える。本実施の形態では第１スイッチＳ１～第９スイッチＳ９にリレーを使用することを想定する。なお、リレーの代わりにパワーＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを用いてもよい。

　系統電源２００は電力会社から供給される商用電源である。系統電源２００は、第２スイッチＳ２を介して蓄電池パワーコンディショナ２０と接続される。また第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第２ブレーカＢ２を介してＰＶパワーコンディショナ４０に接続される。蓄電池パワーコンディショナ２０とＰＶパワーコンディショナ４０間は、第２スイッチＳ２、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第２ブレーカＢ２を介して、又は第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５、第２ブレーカＢ２を介して接続される。

　系統電源２００と蓄電池パワーコンディショナ２０間の経路、系統電源２００とＰＶパワーコンディショナ４０間の経路、蓄電池パワーコンディショナ２０とＰＶパワーコンディショナ４０間の経路は導通可能な構成である。それらの経路には交流電流が流れる。以下、それらの経路を総称して交流電流路という。

　蓄電池パワーコンディショナ２０は、第１スイッチＳ１及び第１ブレーカＢ１を介して蓄電池モジュール１０に接続される。太陽光発電システム３００は太陽電池３１０及びＰＶパワーコンディショナ４０を含み、ＰＶパワーコンディショナ４０は太陽電池３１０に接続される。

　蓄電池パワーコンディショナ２０は後述するように双方向インバータ２１（図６参照）を含む。双方向インバータ２１は、蓄電池モジュール１０に充電するとき交流電力から直流電力に変換し、蓄電池モジュール１０から放電するとき直流電力から交流電力に変換する。ＰＶパワーコンディショナ４０は後述するようにインバータ４１（図６参照）を含む。インバータ４１は、太陽光発電システム３００により発電された直流電力を交流電力に変換する。

　蓄電池モジュール１０は充放電自在で繰り返し使用できる、パッケージ化された二次電池である。蓄電池モジュール１０は、直列または直並列接続された複数の蓄電池セルを含む。本実施の形態では蓄電池セルとしてリチウムイオン電池を使用することを想定する。なお、リチウムイオン電池の代わりにニッケル水素電池、鉛電池など他の種類の電池を使用してもよい。蓄電池モジュール１０は１個ないしは複数組み合わせて使用される。

　本実施の形態では６個の蓄電池モジュール１０を直列接続して使用することを想定する。直列接続された複数の蓄電池モジュール１０は、スイッチングユニットにより接続／切断制御される。なお複数の蓄電池モジュール１０を直並列接続して使用してもよい。蓄電池モジュール１０は系統電力または太陽光発電システム３００により発電された電力により充電される。

　太陽光発電システム３００は光起電力効果を利用した発電装置である。太陽光発電システム３００を構成する太陽電池にはシリコン系、化合物系、有機系のいずれを使用してもよい。

　蓄電池パワーコンディショナ２０が蓄電池モジュール１０から出力される直流電力を交流電力に変換し、ＰＶパワーコンディショナ４０が太陽光発電システム３００により発電される直流電力を交流電力に変換することにより、系統電源２００、蓄電池モジュール１０、太陽光発電システム３００を単一の交流電流路でリンクできる。

　一般負荷４００は、系統電源２００と蓄電システム１００との間の経路上に接続される。特定負荷５００は交流電流路の内、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５間のノードに、第６スイッチＳ６及び第３ブレーカＢ３を介して接続される。

　一般負荷４００及び特定負荷５００は、交流電流路から供給される交流電力を受けて動作する。系統電源２００の停電時、特定負荷５００は蓄電池モジュール１０及び太陽光発電システム３００の少なくとも一方から電源供給を受けることができるが、一般負荷４００は電源供給を受けることができない。

　インバータファン５０は交流電流路の内、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５間のノードに、第７スイッチＳ７を介して接続される。インバータファン５０は、蓄電池パワーコンディショナ２０の双方向インバータ２１を冷却するためのファンである。

　蓄電池ファン６０は交流電流路の内、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５間のノードに、第９スイッチＳ９を介して接続される。蓄電池ファン６０は、蓄電池モジュール１０の冷却時および加温時に動作させるためのファンである。

　ヒータ７０は交流電流路の内、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５間のノードに、第８スイッチＳ８を介して接続される。ヒータ７０は蓄電池モジュール１０を加熱するためのヒータであり、蓄電池モジュール１０内の蓄電池セルの温度を上昇させるために使用される。

　温度センサ６００は外気温を環境温度として検出し、蓄電池管理装置３０に出力する。温度センサ６００には例えば、サーミスタを使用できる。

　蓄電池管理装置３０は主に、蓄電池モジュール１０を管理するための装置である。蓄電池管理装置３０と蓄電池パワーコンディショナ２０間は光ファイバを用いた通信線で接続される。蓄電池管理装置３０とＰＶパワーコンディショナ４０間はメタル線を用いた通信線で接続される。それらの間ではＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４８５などのシリアル通信規格に準拠した通信が実行される。通信線には光ファイバを用いることにより装置間を絶縁する。

　また蓄電池管理装置３０は蓄電池モジュール１０と、光ファイバを用いた通信線で接続される。また蓄電池装置３０は第７スイッチＳ７～第９スイッチＳ９のそれぞれと、メタル配線を用いた通信線で接続される。蓄電池管理装置３０は、第７スイッチＳ７～第９スイッチＳ９のオン・オフを制御することで、インバータファン５０等を間接的に制御する。蓄電池管理装置３０の詳細な動作は後述する。なお第１スイッチＳ１～第６スイッチＳ６、第１ブレーカＢ１～第３ブレーカＢ３のそれぞれは、蓄電池パワーコンディショナ２０とメタル配線を用いた通信線で接続される。これらは、蓄電管理装置３０から蓄電池パワーコンディショナ２０に対する指示、あるいは、蓄電池パワーコンディショナ２０独自の判断に基づき、蓄電池パワーコンディショナ２０内の後述する制御回路２２（図６参照）により制御される。

　実施の形態に係る蓄電システム１００は、系統連系モードまたは自立運転モードのいずれかで運転される。自立運転モードは基本的に、系統電源２００の停電時に選択される。

　図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１００の系統連系モードを説明するための図である。系統連系モードでは図２に示すように、蓄電池パワーコンディショナ２０内の制御回路２２は第２スイッチＳ２をオン、第３スイッチＳ３をオフに制御し、第４スイッチＳ４を、第３スイッチ側ではなく系統電源側の端子に接続するよう制御する。系統連系モードでは系統電源２００、太陽光発電システム３００、蓄電池モジュール１０が単一の交流電流路ＡＰ（太線参照）を介して導通する。

　系統連系モードにて蓄電池モジュール１０から放電する場合、蓄電池パワーコンディショナ２０の双方向インバータ２１は、系統電源２００の周波数に同期した周波数および位相で交流電流路ＡＰに電流を流す。

　図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１００の自立運転モードを説明するための図である。自立運転モードでは図３に示すように、蓄電池パワーコンディショナ２０内の制御回路２２は、第２スイッチＳ２をオフ、第３スイッチＳ３をオンに制御し、第４スイッチＳ４を、系統電源側ではなく第３スイッチ側の端子に接続するよう制御する。自立運転モードでは太陽光発電システム３００及び蓄電池モジュール１０は系統電源２００から電気的に切り離される。

　自立運転モードにて蓄電池モジュール１０から放電する場合、蓄電池パワーコンディショナ２０の双方向インバータ２１は、系統電源２００から自立した周波数および位相で交流電流路ＡＰに電流を流す。自立運転モードで形成される交流電流路ＡＰ（太線参照）には特定負荷５００は電気的に接続されるが、一般負荷４００は電気的に遮断される。従って停電時に、特定負荷５００にのみ、蓄電池モジュール１０に蓄えられた電力および太陽光発電システム３００により発電された電力を供給できる。

　図４（ａ）－（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１００の物理的な構成例を説明するための図である。図１－図３にて点線で囲まれた蓄電システム１００の構成部材は、開閉式の扉を備える筐体１１０に収納される。図４（ａ）は筐体１１０を天面１１０ｔから見た図を、図４（ｂ）は筐体１１０を正面１１０ｆから見た図を、図４（ｃ）は筐体１１０を底面１１０ｂから見た図を、図４（ｄ）は筐体１１０を右側面１１０ｓから見た図をそれぞれ示す。

　筐体１１０は縦長のボックスであり、筐体１１０内の下部に蓄電池モジュール１０が配置される。本実施の形態では６個の蓄電池モジュール１０が縦置きに並べて配置される。図示しないが蓄電池モジュール１０の上に、蓄電池管理装置３０が配置され、その上に蓄電池パワーコンディショナ２０、第１ブレーカＢ１～第３ブレーカＢ３が配置される。このように蓄電池パワーコンディショナ２０の双方向インバータ２１は、蓄電池モジュール１０より天面側に配置される。なおＰＶパワーコンディショナ４０も筐体１１０内に設置される設計であってもよい。

　図４（ａ）に示すように筐体１１０の天面１１０ｔには第１空気孔１１１が設けられる。第１空気孔１１１の近傍にインバータファン５０が設けられる。インバータファン５０は排気ファンであり、双方向インバータ２１の近辺の熱い空気を排出する。インバータファン５０は、筐体１１０の下部に設けられる第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４から導入された空気を吸い上げることで双方向インバータ２１を冷却する。

　筐体１１０内の下部に蓄電池ファン６０を設ける。蓄電池ファン６０は第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４から外気を導入する。インバータファン５０と蓄電池ファン６０を併用することで、蓄電モジュール１０の冷却効率を上げることができる。また下部から吸気し、上部から排気することで、蓄電池の放電による電池の温度上昇や、インバータの廃熱を上昇気流により上部に送る効果も期待できる。

　図４（ｂ）に示すように筐体１１０の正面１１０ｆには、取っ手１１２、第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４が設けられる。第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４は正面１１０ｆの下部に、横並びに設けられる。図４（ｃ）に示すように筐体１１０の底面１１０ｂには、二つの入線孔１１５、１１６が設けられる。

　図５は、筐体１１０を右側面１１０ｓから見た図である。図５は図４（ｄ）の領域Ａ近傍をより詳細に描いた図である。蓄電池ファン６０は筐体１１０内の底面近傍に、外気導入口が第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４を向くように配置される。

　ヒータ７０は、蓄電池ファン６０から送出された空気を受け、温風を送出する。本実施の形態ではヒータ７０はヒートシンクを備え、蓄電池ファン６０の吹出口とヒートシンクが対面するように蓄電池ファン６０とヒータ７０を構成する。蓄電池ファン６０及びヒータ７０は蓄電池モジュール１０より底面側に設けられる。蓄電池モジュール１０を加熱する際、蓄電池ファン６０及びヒータ７０は両方とも稼働し、第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４から吸気した空気を温めて放出する。放出された温風は図４（ｄ）に示すように、筐体１１０内にて底面側から天面側に向けて上昇し、天面に設けられた第１空気孔１１１から排気される。

　図６は、図１の蓄電システム１００の構成要素を説明するための機能ブロック図である。蓄電池モジュール１０は蓄電池セル１１、電圧センサ１２、電流センサ１３、温度センサ１４を備える。図６の蓄電池セル１１は複数の蓄電池セルの総称として描いている。

　電圧センサ１２は各蓄電池セルの電圧を検出する。電流センサ１３は蓄電池セル１１に流れる電流を検出する。電流センサ１３にはホール素子やシャント抵抗を用いることができる。温度センサ１４は、蓄電池モジュール１０内の蓄電池セル１１の温度を検出する。温度センサ１４にはサーミスタを用いることができる。電圧センサ１２により検出された電圧値、電流センサ１３により検出された電流値、温度センサ１４により検出された温度値は、蓄電池モジュール１０の監視データとして通信路を介して蓄電池管理装置３０に出力される。

　蓄電池パワーコンディショナ２０は双方向インバータ２１、制御回路２２を備える。制御回路２２は蓄電システム１００のモード管理、双方向インバータ２１の制御、蓄電池管理装置３０との通信、第１スイッチＳ１～第６スイッチＳ６、第１ブレーカＢ１～第３ブレーカＢ３の制御などを実行する。また制御回路２２は、双方向インバータ２１を冷却するためにインバータファン５０を制御する。

　ＰＶパワーコンディショナ４０はインバータ４１、制御回路４２を備える。制御回路４２は太陽光発電システム３００の状態管理、発電制御、蓄電池管理装置３０との通信などを実行する。表示装置７００は蓄電池管理装置３０による制御の下、各種設定画面、蓄電池モジュール１０および太陽光発電システム３００のステータス情報などを表示する。

　蓄電池管理装置３０は通信部３１、監視データ取得部３２、ユーザ入力受付部３３、ＳＯＣ（State Of Charge)算出部３４、充放電制御部３５、発電制御部３６、温度制御部３７、ファン・ヒータ制御部３８、スイッチ制御部３９を備える。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

　通信部３１は、蓄電池管理装置３０と蓄電池パワーコンディショナ２０間のパケット通信、蓄電池管理装置３０とＰＶパワーコンディショナ４０間のパケット通信を制御する。監視データ取得部３２は、蓄電池モジュール１０から送信される監視データを取得する。また監視データ取得部３２は、温度センサ６００から送信される、筐体１１０の外の気温を示す温度データを取得する。

　ユーザ入力受付部３３は、ユーザにより操作部８００に入力された情報を受け付ける。例えば、系統電源２００から蓄電池モジュール１０への充電処理を開始する充電開始時刻、その充電レートなどの情報を受け付ける。

　ＳＯＣ算出部３４は、蓄電池モジュール１０から送信される監視データをもとに蓄電池セル１１のＳＯＣ（残容量）を算出する。ＳＯＣの算出方法としてＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法やクーロンカウント法を用いることができる。

　充放電制御部３５は、蓄電池モジュール１０に充電する場合の充電レートを示す充電設定値を含むパケット信号を、蓄電池パワーコンディショナ２０の制御回路２２に送信する。また充放電制御部３５は、蓄電池モジュール１０から放電する場合の放電レートを示す放電設定値を含むパケット信号を制御回路２２に送信する。また充放電制御部３５は、制御回路２２から、実際に充電された充電値または実際に放電された放電値を含むパケット信号を受信する。蓄電池モジュール１０の充電中または放電中、充放電制御部３５はパケット信号を制御回路２２に定期的（例えば、１秒周期）に送信する。制御回路２２は当該パケット信号を受信する度に、実データを含むパケット信号を返信する。

　発電制御部３６は、ＰＶパワーコンディショナ４０の制御回路４２から、太陽光発電システム３００の発電情報を含むパケット信号を受信する。発電制御部３６は、発電を制御するための情報を含むパケット信号を制御回路４２に送信する。発電制御部３６はパケット信号を制御回路４２に定期的（例えば、１秒周期）に送信する。制御回路４２は当該パケット信号を受信する度に、実データを含むパケット信号を返信する。発電制御部３６は、制御回路４２からの応答がない場合、パケット信号の送信周期を長くする。例えば、１分周期に変更する。

　温度制御部３７は、蓄電池セル１１の温度を管理するとともにファン・ヒータ制御部３８を制御して、蓄電池セル１１の温度を調整する。蓄電池セル１１を冷却する場合、ファン・ヒータ制御部３８は、蓄電池ファン６０及びインバータファン５０の少なくとも一方を稼働させる。基本的に蓄電池ファン６０を稼働させて、第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４から吸気した外気を蓄電池セル１１に送風して蓄電池セル１１を冷却する。その際、インバータファン５０を稼働させると外気の導入を促進できる。なおインバータファン５０が吸気ファンの場合、インバータファン５０を稼働させて蓄電池セル１１の上側からも外気を導入できる。

　例えば温度制御部３７は、温度センサ１４により検出される蓄電池セル１１の最高温度が第１設定温度以上で、かつ蓄電池セル１１の最高温度が温度センサ６００により検出される環境温度より設定値以上高い場合、インバータファン５０を稼働させずに蓄電池ファン６０を稼働させる。蓄電池セル１１の最高温度が、第１設定温度より高い第２設定温度以上の場合、蓄電池ファン６０及びインバータファン５０の両方を稼働させる。具体的な数値例は後述する。

　蓄電池セル１１を加熱する場合、ファン・ヒータ制御部３８は、蓄電池ファン６０及びヒータ７０を稼働させ、インバータファン５０を非稼働に制御する。図４（ｄ）に示すように温風が蓄電池モジュール１０の下部から上部に吹き上がることにより、蓄電池セル１１の温度を上昇させることができる。この際、インバータファン５０を停止させることにより、第２空気孔１１３及び第３空気孔１１４からの外気の導入を抑え、ヒータ７０で暖められた空気を筐体１１０の内部で循環させることができる。これにより、ヒータ７０の加温効率が向上する。なお、インバータファン５０が吸気ファンの場合、インバータファン５０を停止させることにより、蓄電池モジュール１０の上部側から外気が吹きつけられることを防止できる。蓄電池セル１１を加熱する必要がある状況は通常、外気温が低い状態であり、インバータファン５０を稼働させていると、蓄電池モジュール１０に上から冷気が吹きつけられることになる。

　図７は、温度制御部３７及びファン・ヒータ制御部３８による、ヒータ７０、蓄電池ファン６０及びインバータファン５０の制御をまとめた図である。蓄電システム１００が待機状態のとき温度制御部３７はヒータ７０、蓄電池ファン６０及びインバータファン５０の全てをオフに制御する。蓄電池モジュール１０の温度が通常温度のときも温度制御部３７はヒータ７０、蓄電池ファン６０及びインバータファン５０の全てをオフに制御する。

　蓄電池モジュール１０の充電および放電のために加熱が必要であるとき温度制御部３７はヒータ７０及び蓄電池ファン６０をオンに、インバータファン５０をオフに制御する。なお温度制御部３７は蓄電池ファン６０を、ヒータ７０をオンした後、所定時間（例えば９０秒）経過後にオンする。ヒータ７０が温まる前に蓄電池ファン６０を稼働すると筐体１１０内に外から冷気が入ってしまう。時間差を設けることにより、これを回避できる。

　蓄電池モジュール１０を冷却する必要があるとき（冷却１）、温度制御部３７はヒータ７０をオフに、蓄電池ファン６０をオンに、インバータファン５０をオフに制御する。蓄電池モジュール１０をより強力に冷却する必要があるとき（冷却２）、温度制御部３７はヒータ７０をオフに、蓄電池ファン６０及びインバータファン５０をオンに制御する。蓄電システム１００が異常・故障のとき温度制御部３７はヒータ７０、蓄電池ファン６０及びインバータファン５０の全てをオフに制御する。

　図６に戻る。スイッチ制御部３９は、蓄電池パワーコンディショナ２０の制御回路２２に制御情報を含むパケット信号を送信し、当該制御回路２２を介して、第１スイッチＳ１～第６スイッチＳ６、第１ブレーカＢ１～第３ブレーカＢ３の制御を行うことができる。スイッチ制御部３９は、第８スイッチＳ８をオフに制御してヒータ７０への給電を停止できる。また第９スイッチＳ９をオフに制御して蓄電池ファン６０への給電を停止できる。また第７スイッチＳ７をオフに制御してインバータファン５０への給電を停止できる。なお第７スイッチＳ７については蓄電池管理装置３０のスイッチ制御部３９ではなく、蓄電池パワーコンディショナ２０の制御回路２２が制御してもよい。またスイッチ制御部３９と制御回路２２の両方から制御できる構成でもよい。またスイッチ制御部３９は、第６スイッチＳ６をオフに制御して特定負荷５００への給電を停止できる。

　スイッチ制御部３９は、第６スイッチＳ６をオフに制御して特定負荷５００への給電を停止できる。スイッチ制御部３９は系統電源２００の停電時にて、特定負荷５００の消費電力が太陽光発電システム３００の発電電力を上回るとき第６スイッチＳ６をオフする。この条件で第６スイッチＳ６をオフする場合、停電時における特定負荷５００への給電機会が減る傾向がある。特に夜間に停電した場合、特定負荷５００に給電できなくなる。そこで、特定負荷５００の消費電力が一定電力を超えた場合に、上述の条件にもとづく第６スイッチＳ６の制御を実行してもよい。即ち、特定負荷５００の消費電力が一定電力以下の場合は、特定負荷５００への給電を停止しない。当該一定電力を例えば１ｋＷとすると、太陽光発電システム３００の発電に関係なく、１ｋＷを超えない範囲で特定負荷５００を使用できる。従って、停電時における特定負荷５００への給電機会を増やすことができる。ここで、一定電力の値は、停電時の使用が想定される照明や空調機器の消費電力を考慮して決定することが望ましい。

　またスイッチ制御部３９は系統電源２００の停電時にて、特定負荷５００の消費電力が、太陽光発電システム３００の発電電力に調整電力（正の値）を加えた調整後の発電電力を上回るとき第６スイッチＳ６をオフしてもよい。この場合も、停電時における特定負荷５００への給電機会を増やすことができる。ここで、調整電力の値は、特定負荷５００への給電機会の確保と、蓄電池保護のバランスを考慮して決定することが望ましい。

　またスイッチ制御部３９は系統電源２００の停電時にて、蓄電池モジュール１０のＳＯＣが過放電防止用設定値（例えば１０％）を下回ると第６スイッチＳ６をオフする。過放電防止用設定値は特定負荷５００の容量に応じて設定される。特定負荷５００の容量が小さいほど、過放電防止用設定値に小さな値が設定される。スイッチ制御部３９は、当該二つの条件の両方を満たしたとき第６スイッチＳ６をオフしてもよいし、一方を満たしただけで第６スイッチＳ６をオフしてもよい。

　図８は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１００による、温度制御例を説明するためのフローチャートである。監視データ取得部３２は、蓄電池モジュール１０から蓄電池セル１１の温度を取得し（Ｓ４０）、温度センサ６００から環境温度を取得する（Ｓ４１）。

　温度制御部３７は蓄電池セル１１の最高温度が４０℃以上であるか否か判定する（Ｓ４２）。４０℃以上である場合（Ｓ４２のＹ）、温度制御部３７は冷却２（図７参照）の処理を発動する（Ｓ４３）。４０℃未満である場合（Ｓ４２のＮ）、温度制御部３７は蓄電池セル１１の最高温度が３０℃以上であり、かつ蓄電池セル１１の最高温度が（環境温度＋２）℃以上であるか否か判定する（Ｓ４４）。その条件を満たす場合（Ｓ４４のＹ）、温度制御部３７は冷却１（図７参照）の処理を発動する（Ｓ４５）。その条件を満たさない場合（Ｓ４４のＮ）、温度制御部３７は蓄電池セル１１への充電中であるか、又は蓄電池セル１１の充電前加熱が必要であるか判定する（Ｓ４６）。

　ステップＳ４６の条件を満たす場合（Ｓ４６のＹ）、温度制御部３７は蓄電池セル１１の最低温度が５℃未満であるか否か判定する（Ｓ４７）。５℃未満である場合（Ｓ４７のＹ）、温度制御部３７は充電加熱（図７参照）の処理を発動する（Ｓ４８）。５℃以上である場合（Ｓ４７のＮ）、温度制御部３７は通常温度（図７参照）の処理を発動する（Ｓ５０）。

　ステップＳ４６の条件を満たさない場合（Ｓ４６のＮ）、温度制御部３７は蓄電池セル１１の最低温度が（放電可能な最低温度＋２）℃未満であるか否か判定する（Ｓ４９）。（放電可能な最低温度＋２）℃未満である場合（Ｓ４９のＹ）、温度制御部３７は放電加熱（図７参照）の処理を発動する（Ｓ５１）。（放電可能な最低温度＋２）℃以上である場合（Ｓ５０のＮ）、温度制御部３７は通常温度（図７参照）の処理を発動する（Ｓ５０）。

　蓄電システム１００の運転が終了するまで（Ｓ５２のＹ）、ステップＳ４０～ステップＳ５１までの処理が繰り返し実行される（Ｓ５２のＮ）。なお図８では便宜的に一番下に描いているが、運転終了の判定処理は、どの時点でも実行される。

　本実施の形態に係る蓄電システム１００では、蓄電池セル１１の放電可能な最低温度を、充電可能な最低温度より低く設定する。例えば、蓄電池セル１１の放電可能な最低温度を－１０℃、充電可能な最低温度を２℃に設定する。上述の温度制御における充電加熱または放電加熱が発動される温度は、充電可能な最低温度または放電可能な最低温度にオフセット値が加えられた値に設定されている。例えば充電加熱が発動される温度は、充電可能な最低温度の２℃にオフセット値の３℃が加えられた５℃に設定されている。

　充電可能な最低温度および放電可能な最低温度は、電池メーカにより推奨される最低充電温度および最低放電温度と一致している必要はない。この最低充電温度および最低放電温度は電池劣化を最小限に抑えるために、電池メーカが電池性能から求めた値である。蓄電システムメーカは通常、パワーコンディショナの充電／放電電圧範囲などのシステム制約を考慮し、充電可能な最低温度および放電可能な最低温度を、当該最低充電温度および最低放電温度より高い値に設定する。また通常、システム設計の容易さから、充電可能な最低温度および放電可能な最低温度を同じ値に設定する。

　本実施の形態に係る蓄電システム１００では、系統電源２００の停電時においてもヒータ７０が蓄電池モジュール１０から給電を受けることができる。従って系統電源２００の停電時においても蓄電池セル１１を温めることができる。仮に蓄電池セル１１の温度が、充電可能な最低温度を下回っていてもヒータ７０による加熱により、その温度以上に上昇させる余地がある。系統電源２００の停電時においてヒータ７０を稼働させるには、蓄電池モジュール１０から放電するか、太陽光発電システム３００が発電している必要がある。

　寒冷地では太陽光パネルの上に積雪することがあり、晴れていても発電できない状況が発生し得る。これに対して寒冷地では太陽光パネルに融雪装置が設置される場合がある。この融雪装置も上述の交流電流路に接続すれば、系統電源２００の停電時にも融雪装置を稼働させることができる。

　ヒータ７０や融雪装置が稼働可能な状況を最大限に確保するには、蓄電池セル１１の放電可能な最低温度をできるだけ低く設定することが望ましい。例えば、電池メーカのスペックシートに記載された最低放電温度に設定してもよい。蓄電池セル１１の充電可能な最低温度は、システム制約や電池保護の観点からスペックシートに記載された最低充電温度より高い値に設定する。

　さらに蓄電池セル１１の放電可能な最低温度に、系統連系モードと自立運転モードで異なる値を設定してもよい。具体的には自立運転モードのほうが低い値を設定してもよい。例えば、系統連系モードのとき－４℃、自立運転モードのとき－７℃に設定してもよい。系統連系モードでは蓄電池モジュール１０から放電しなくてもヒータ７０及び特定負荷５００は系統電源２００から給電を受けることができるが、自立運転モードでは系統電源２００から給電を受けることができない。逆にいえば系統連系モードでは蓄電池モジュール１０からの給電を確保する必要性が低い。そこで電池保護を優先して、放電可能な最低温度の値を高く設定する。

　充放電制御部３５は、系統連系モードにて蓄電池モジュール１０から放電する場合、放電初期の放電量を低く制御してもよい。具体的にはユーザから指定された放電量より低い放電量で放電を開始する。この初期放電量は、設計者が予め設定する。充放電制御部３５は、蓄電池セル１１の温度上昇に対応して漸次的に放電量を増加させていく。

　蓄電池セル１１の温度が低くても放電量が小さければ、放電電圧が過小になることを抑えることができる。蓄電池セル１１の温度が上昇し、内部抵抗が下降するのに合わせて放電量を上げていけば放電電圧の変化を緩やかにできる。この制御を用いれば電池の保護をより強化できる。

　充放電制御部３５は、自立運転モードにて蓄電池モジュール１０から放電する場合、放電初期から、設定された放電量で放電するよう制御する。自立運転モードでは特定負荷５００に系統電源２００から給電されないため蓄電池モジュール１０からの給電量を確保する必要がある。一方、系統連系モードでは一般負荷４００及び特定負荷５００に系統電源２００から給電されているため、蓄電池モジュール１０からの放電量を絞っても一般負荷４００及び特定負荷５００の動作を保証できる。

　充放電制御部３５が系統連系モードにて放電初期の放電量を低く制御するのは、蓄電池セル１１の温度が、放電可能な最低温度にオフセット（正の値）を加算した設定温度より低いときのみであってもよい。蓄電池セル１１の温度が当該設定温度より高ければ、放電開始時に放電電圧が過小になることが抑制されるためである。

　上述のように自立運転モードでは、放電開始時に放電量を絞る制御を好ましくない。また、太陽光発電システム３００の発電量と特定負荷５００の消費電力量の関係は不定である。従って放電状態から充電状態に突然切り替わることもある。そこで自立運転モードでは、温度制御部３７は、蓄電池セル１１の最低温度が、充電可能な最低温度を常に上回るように制御してもよい。

　以上説明したように本実施の形態によれば、蓄電池セル１１を収納した筐体内にヒータ７０、インバータファン５０、蓄電池ファン６０を設けた蓄電システムにて、蓄電池セル１１の温度を効率的に調整できる。蓄電池セル１１を冷却する場合、蓄電池セル１１の温度および環境温度に応じて、インバータファン５０及び蓄電池ファン６０の稼働状態を制御する。例えば非常に高温の場合は両方を稼働させるが、高温の程度が低い場合は蓄電池ファン６０のみを稼働させる。後者の制御によれば、インバータファン５０の消費電力を抑え、かつインバータファン５０の騒音を防止しつつ蓄電池セル１１を冷却できる。

　また蓄電池セル１１を加熱する場合、蓄電池ファン６０を稼働させることによりヒータ７０からの温風を筐体１１０内に行き渡らせることができる。蓄電池ファン６０を底面側にインバータファン５０を天面側に設置し、蓄電池セル１１を加熱する際にインバータファン５０は稼働させないことにより、温風を底面側から天面側に流すことができる。

　また放電可能な最低温度を、充電可能な最低温度より低く設定することにより、ヒータ７０への給電をできるだけ確保することができる。これにより温度制約により充電不能となる事態をできるだけ少なくできる。また蓄電システム１００の運転モードにより、放電可能な最低温度を使い分けることにより、蓄電システム１００をより最適に運転できる。

　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　上述した実施の形態では蓄電池ファン６０（以下、吸気ファン６０という）を一つ設置する例を説明した。以下の変形例では複数の吸気ファン６０を設置する例を説明する。

　図９は、変形例に係る蓄電システム１００の物理的な構成例を説明するための図である。図９は、筐体１１０を底面１１０ｂから見た図を示す。本変形例でも、第１蓄電池モジュール１０ａ、第２蓄電池モジュール１０ｂ、第３蓄電池モジュール１０ｃ、第４蓄電池モジュール１０ｄ、第５蓄電池モジュール１０ｅ、第６蓄電池モジュール１０ｆの６個の蓄電池モジュールが縦置きに並べて配置される。本変形例では、吸気ファン６０及びヒータ７０の組が三つ配置される。第１吸気ファン６０ａ及び第１ヒータ７０ａは主に、第１蓄電池モジュール１０ａ及び第２蓄電池モジュール１０ｂを冷却または加熱するためのものである。第２吸気ファン６０ｂ及び第２ヒータ７０ｂは主に、第３蓄電池モジュール１０ｃ及び第４蓄電池モジュール１０ｄを冷却または加熱するためのものである。第３吸気ファン６０ｃ及び第３ヒータ７０ｃは主に、第５蓄電池モジュール１０ｅ及び第６蓄電池モジュール１０ｆを冷却または加熱するためのものである。

　外気温が低い場合、筐体１１０の側面に近接して配置される蓄電池モジュール（図９では第１蓄電池モジュール１０ａ及び第６蓄電池モジュール１０ｆ）の温度は、筐体１１０の中央側に配置される蓄電池モジュール（図９では第３蓄電モジュール１０ｃ及び第４蓄電池モジュール１０ｄ）の温度よりも低くなる傾向がある。筐体１１０の側面から冷気が伝わるためである。従って、筐体１１０の側面に近接して配置される蓄電池モジュールが温まりにくい傾向にある。

　そこで温度制御部３７は、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆを冷却する場合、複数の吸気ファン６０ａ～ｃのうち筐体１１０の中央部に近い吸気ファン６０ｂを優先的に稼働させる。例えば、吸気ファン６０ｂの風量を多くする、もしくは風量を多くする吸気ファン６０ｂ以外の吸気ファン６０ａ、６０ｃを間欠動作または停止状態にする。

　また温度制御部３７は、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆを加熱する場合、複数のヒータ７０ａ～ｃのうち筐体１１０の側面に近いヒータ７０ａ、７０ｃを優先的に稼働させる。それと共に、複数の吸気ファン６０ａ～ｃのうち筐体１１０の中央部に近い吸気ファン６０ｂを優先的に稼働させる。筐体１１０の側面に近いヒータ７０ａ、７０ｃの直下の吸気ファン６０ａ、６０ｃを稼動させると、熱風がターゲットの蓄電池モジュール以外に流れやすくなるため、中央部に近い吸気ファン６０ｂを優先的に稼働させる。

　また温度制御部３７は、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆを冷却する場合、複数の吸気ファン６０ａ～ｃのうち、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆのうちの最も高い温度が検出された蓄電池モジュールを冷却するための吸気ファンを優先的に稼働させる。

　また温度制御部３７は、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆを加熱する場合、複数のヒータａ～ｃのうち、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆのうちの最も低い温度が検出された蓄電池モジュールを加熱するためのヒータを優先的に稼働させる。それと共に、複数の吸気ファン６０ａ～ｃのうち、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆのうちの最も高い温度が検出された蓄電池モジュールに送風するための吸気ファンを優先的に稼働させる。

　なお各蓄電池モジュール１０ａ～ｆには、それぞれ温度センサ１４が搭載されている。温度制御部３７は、それら温度センサ１４の出力値を参照して、複数の蓄電池モジュール１０ａ～ｆのうち、最も温度が高い又は低い蓄電池モジュールを特定できる。

　上述の実施の形態では系統電源に接続された蓄電システム１００に太陽光発電システム３００を連携する例を説明した。この点、本発明に係る蓄電システムは太陽光発電システム３００以外の、再生可能エネルギーをもとに発電する発電装置と連携することもできる。例えば直流出力の、風力発電装置、マイクロ水力発電装置などが該当する。

　なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。

［項目１］
　筐体内に配置された複数の蓄電池と、
　前記筐体内に配置された複数の吸気ファンと、
　前記筐体内に配置された複数のヒータと、を備え、
　前記複数の蓄電池を冷却する場合、前記複数の吸気ファンのうち前記筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させ、前記複数の蓄電池を加熱する場合、前記複数のヒータのうち前記筐体の側面に近い位置のヒータを優先的に稼動させ、かつ前記複数の吸気ファンのうち前記筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させることを特徴とする蓄電システム。

［項目２］
　筐体内に配置された複数の蓄電池と、
　前記筐体内に配置された複数の吸気ファンと、
　前記筐体内に配置された複数のヒータと、を備え、
　前記複数の蓄電池を冷却する場合、前記複数の吸気ファンのうち、最も高い温度が検出された蓄電池に送風するための吸気ファンを優先的に稼動させ、前記複数の蓄電池を加熱する場合、前記複数のヒータのうち、最も低い温度が検出された蓄電池を加熱するためのヒータを優先的に稼働させ、かつ前記複数の吸気ファンのうち、最も高い温度が検出された蓄電池に送風するための吸気ファンを優先的に稼動させることを特徴とする蓄電システム。

［項目３］
　前記筐体内の空気を排気する排気ファンを、さらに備え、
　前記複数の蓄電池の最高温度が第１設定温度以上で、かつ前記複数の蓄電池の最高温度が環境温度より設定値以上高い場合、前記排気ファンを稼働させずに前記複数の吸気ファンの少なくとも一つを稼働させることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。

［項目４］
　前記蓄電池の最高温度が、前記第１設定温度より高い第２設定温度以上の場合、前記排気ファン及び前記複数の吸気ファンの少なくとも一つを稼働させることを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。

［項目５］
　筐体内に配置された複数の蓄電池と、
　前記筐体内に配置された複数の吸気ファンと、
　前記筐体内に配置された複数のヒータと、を備え、
　前記複数の蓄電池を加熱する場合、前記複数のヒータのうち前記筐体の側面に近い位置のヒータを優先的に稼動させ、かつ前記複数の吸気ファンのうち前記筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させることを特徴とする蓄電システム。

　１００　蓄電システム、　１１０　筐体、　１１１　第１空気孔、　１１２　取っ手、　１１３　第２空気孔、　１１４　第３空気孔、　１１５，１１６　入線孔、　１０　蓄電池モジュール、　１１　蓄電池セル、　１２　電圧センサ、　１３　電流センサ、　１４　温度センサ、　２０　蓄電池パワーコンディショナ、　２１　双方向インバータ、　２２　制御回路、　３０　蓄電池管理装置、　３１　通信部、　３２　監視データ取得部、　３３　ユーザ入力受付部、　３４　ＳＯＣ算出部、　３５　充放電制御部、　３６　発電制御部、　３７　温度制御部、　３８　ファン・ヒータ制御部、　３９　スイッチ制御部、　４０　ＰＶパワーコンディショナ、　４１　インバータ、　４２　制御回路、　５０　インバータファン、　６０　蓄電池ファン、　７０　ヒータ、　２００　系統電源、　３００　太陽光発電システム、　４００　一般負荷、　５００　特定負荷、　６００　温度センサ、　Ｓ１　第１スイッチ、　Ｓ２　第２スイッチ、　Ｓ３　第３スイッチ、　Ｓ４　第４スイッチ、　Ｓ５　第５スイッチ、　Ｓ６　第６スイッチ、　Ｓ７　第７スイッチ、　Ｓ８　第８スイッチ、　Ｓ９　第９スイッチ、　Ｂ１　第１ブレーカ、　Ｂ２　第２ブレーカ、　Ｂ３　第３ブレーカ。

　本発明は、寒冷地仕様の蓄電システムに利用可能である。

Claims

　筐体内に配置された複数の蓄電池と、
　前記筐体内に配置された複数の吸気ファンと、
　前記筐体内に配置された複数のヒータと、を備え、
　前記複数の蓄電池を冷却する場合、前記複数の吸気ファンのうち前記筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させ、前記複数の蓄電池を加熱する場合、前記複数のヒータのうち前記筐体の側面に近い位置のヒータを優先的に稼動させ、かつ前記複数の吸気ファンのうち前記筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させることを特徴とする蓄電システム。
　筐体内に配置された複数の蓄電池と、
　前記筐体内に配置された複数の吸気ファンと、
　前記筐体内に配置された複数のヒータと、を備え、
　前記複数の蓄電池を冷却する場合、前記複数の吸気ファンのうち、最も高い温度が検出された蓄電池に送風するための吸気ファンを優先的に稼動させ、前記複数の蓄電池を加熱する場合、前記複数のヒータのうち、最も低い温度が検出された蓄電池を加熱するためのヒータを優先的に稼働させ、かつ前記複数の吸気ファンのうち、最も高い温度が検出された蓄電池に送風するための吸気ファンを優先的に稼動させることを特徴とする蓄電システム。
　前記筐体内の空気を排気する排気ファンを、さらに備え、
　前記複数の蓄電池の最高温度が第１設定温度以上で、かつ前記複数の蓄電池の最高温度が環境温度より設定値以上高い場合、前記排気ファンを稼働させずに前記複数の吸気ファンの少なくとも一つを稼働させることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。
　前記蓄電池の最高温度が、前記第１設定温度より高い第２設定温度以上の場合、前記排気ファン及び前記複数の吸気ファンの少なくとも一つを稼働させることを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
　筐体内に配置された複数の蓄電池と、
　前記筐体内に配置された複数の吸気ファンと、
　前記筐体内に配置された複数のヒータと、を備え、
　前記複数の蓄電池を加熱する場合、前記複数のヒータのうち前記筐体の側面に近い位置のヒータを優先的に稼動させ、かつ前記複数の吸気ファンのうち前記筐体の側面から離れた位置の吸気ファンを優先的に稼動させることを特徴とする蓄電システム。