コンテナ利用の独立電源装置
【課題】コンテナに設けた太陽電池により充電される蓄電装置が、充電不足または過充電とならないように、蓄電装置の性能や品質を保ち、安全かつ長寿命にして使用できるコンテナ利用の独立電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】コンテナ１に太陽電池２と蓄電装置３を設け、蓄電装置３の電圧を監視して充電および放電を制御する制御部５は、選択スイッチ６により待機モードが選択された場合に、外部負荷４へ放電を停止して、蓄電装置３の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、太陽電池２から蓄電装置３へ充電を開始させ、蓄電装置３の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、太陽電池２から蓄電装置３への充電を停止する構成としたことにより、蓄電装置３の充電不足や過充電を防いで長寿命化を図ることができる。
【解決手段】コンテナ１に太陽電池２と蓄電装置３を設け、蓄電装置３の電圧を監視して充電および放電を制御する制御部５は、選択スイッチ６により待機モードが選択された場合に、外部負荷４へ放電を停止して、蓄電装置３の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、太陽電池２から蓄電装置３へ充電を開始させ、蓄電装置３の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、太陽電池２から蓄電装置３への充電を停止する構成としたことにより、蓄電装置３の充電不足や過充電を防いで長寿命化を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンテナの外郭に設けた太陽電池と、この太陽電池から充電される蓄電装置を備えたコンテナ利用の独立電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のコンテナ利用の独立電源装置は、商用電源の供給が困難な屋外において、コンテナの天面や壁面に太陽電池を取り付け、コンテナ内部に給電可能とするとともに、蓄電装置に蓄電することにより、夜間においても給電が可能となるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下そのコンテナ利用の独立電源装置に係わる系統システムについて、図９を用いて説明する。図９に示すように、太陽電池１０１はコンテナ（図示せず）の天井や壁面等に設置され、逆流防止ダイオード１０２を経由して蓄電装置１０３に接続され、太陽電池１０１で発電した電力を蓄電する。さらに、蓄電装置１０３はコントローラ１０６に制御されるスイッチ１０４を介して、換気扇１０５に電力を供給する。コントローラ１０６は、太陽電池１０１の出力電圧をモニターし、この出力電圧が基準値以上のときは、スイッチ１０４を閉じて換気扇１０５を動作させ、出力電圧が基準値以下のときは、スイッチ１０４を開放して換気扇１０５を停止させる。
【０００４】
また、蓄電装置１０３はコントローラ１１０に制御されるスイッチ１０７を介して、照明装置１０８に電力を供給する。コントローラ１１０は、コンテナのドアの開閉を検出するドアセンサ１０９と接続され、ドアセンサ１０９がドアの開放を検出すると、コントローラ１１０がスイッチ１０７を閉じて照明装置１０８を点灯させる構成となっていた。
【０００５】
また、この種のコンテナ利用の独立電源装置には、インフラ未整備の未開発地域において、コンテナごとに診療所、患者収容所、トイレなどの複数のコンテナを設け、各コンテナに給電給水するエネルギー自給型診療所システムが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、この種のコンテナ利用の独立電源装置に使用される蓄電装置として、電解液が漏れ出ないよう不織布に硫酸を含ませて保持することにより密閉式にして、ガス抜き用の安全弁を備えた制御弁式鉛蓄電池が知られている（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
以下この制御弁式鉛蓄電池について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、制御弁式鉛蓄電池の本体２０１は、外郭は一方が開放した箱型の電装部２０２と、この開放部を覆う蓋部２０３からなる。電装部２０２には、複数の正極板２０４、セパレータ２０５、負極板２０６が配列して収納され、複数の正極板２０４と負極板２０６はそれぞれ異なるストラップ２０７により連結されている。蓋部２０３には、正極端子部２０８、負極端子部２０９および安全弁２１０が設けられ、正極端子部２０８は正極板２０４を連結するストラップ２０７と電気的に接続され、同様に、負極端子部２０９も負極板２０６と電気的に接続されている。そして、正極端子部２０８と負極端子部２０９を通して、本体２０１に直流電流を充放電できるようになっている。
【０００８】
なお、安全弁２１０は、本体２０１が過充電や所定温度以上の高温となって、その内部圧力が高まったときに、内部のガスを放出して本体２０１の安全を保つものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１９２３７８号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８５７４号公報
【特許文献３】特開２００５−３８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来例において、特許文献１に示したコントローラは太陽電池の出力電圧またはドアセンサの検出信号に応じて換気扇または照明装置に電力を供給または停止する構成となっていたので、蓄電装置の充電状態に拘らず充放電を繰り返すこととなる。また蓄電装置は高温下で長期間放置されると、自然放電することにより電圧が低下するものであるが、このことに使用者が気付かない場合、所望の放電容量が得られず、不便を生じることがある。このように蓄電装置が充電不足または過充電になる可能性があり、特に蓄電装置を待機状態で管理するときは、蓄電装置を劣化させないように正常状態に保つことが難しいという課題がある。
【００１１】
また、特許文献２に示したように、他のコンテナに電源供給するための独立電源は、その蓄電装置が充電不足のときや、高温環境に晒されているときに、不用意に外部負荷がかかると蓄電装置が損傷または劣化するという課題がある。
【００１２】
また、特許文献３に示したように、制御弁式鉛蓄電池は過充電や一定の高温に対応できるように安全弁を備えているが、安全弁が作動した場合は、蓄電池に含浸させた電解液がガスとして放出されるため、蓄電池が劣化して寿命が短くなるという課題がある。
【００１３】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、コンテナに設けた太陽電池により充電されるコンテナ内の蓄電装置が、充電不足または過充電とならないように、また蓄電装置に不用意に負荷がかからないようにして、さらに安全弁が働く前に蓄電装置を保護できるようにし、蓄電装置の性能や品質を安全かつ長寿命に保つことのできるコンテナ利用の独立電源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、この目的を達成するために本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００１５】
前記選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止し、さらに前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置としたものである。
【００１６】
また本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００１７】
前記選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置としたものである。
【００１８】
これらにより初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００２０】
前記選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止し、さらに前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させる。
【００２１】
また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止する構成としたことにより、外部負荷への放電回路を遮断している状態で、蓄電装置の出力電圧を監視する制御部は、所定の下限電圧Ｖ１以上で所定の上限電圧Ｖ２を超えない範囲の出力電圧に保つことができる。
【００２２】
したがって、蓄電装置の充電不足や過充電を防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、いつでも外部負荷へ給電できる状態を継続することができるという効果を得ることができる。
【００２３】
また本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００２４】
前記選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させる。
【００２５】
また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止する構成としたことにより、制御部は充電を停止した後の所定時間が経過した段階で、太陽電池から蓄電装置に充電して充電不足を防ぎ、さらに過充電も防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、いつでも外部負荷へ給電できる電圧を保ち、使用者が便利に使用できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１のコンテナ利用の独立電源装置のブロック回路図
【図２】同、概略構成図
【図３】同、蓄電装置の出力電圧と寿命に関する特性図
【図４】同、フローチャート
【図５】同、他のフローチャート
【図６】本発明の実施の形態２のコンテナ利用の独立電源装置の蓄電装置の構成図
【図７】同、ブロック回路図
【図８】本発明の実施の形態３のコンテナ利用の独立電源装置の蓄電装置の構成図
【図９】従来のコンテナ利用の独立電源装置のブロック回路図
【図１０】同、密閉型バッテリーの一部破断の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の請求項１記載のコンテナ利用の独立電源装置は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００２８】
前記選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止し、さらに前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止するという構成を有する。これにより、制御部は外部負荷への放電回路を遮断している状態で、蓄電装置の出力電圧を監視して、所定の下限電圧Ｖ１以上で所定の上限電圧Ｖ２を超えない範囲の出力電圧に保つように制御しているので、蓄電装置の充電不足や過充電を防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、待機状態でも常に給電可能な電圧を保持することができるという効果を奏する。
【００２９】
また、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００３０】
前記選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したときに、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止するという構成を有する。これにより、蓄電装置の電圧が顕著に低下する前に制御部は所定時間が経過した段階で、太陽電池から蓄電装置へ充電を開始するようにしているので、長期間使用しない場合でも、蓄電装置の充電不足による使用者の不便を未然に防ぎ、さらに過充電も防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、待機状態でも常に給電可能な電圧を保持することができるという効果を奏する。
【００３１】
また、前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２となるまで、毎日周期的に設定時間だけ、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を行うという構成を有する。これにより、太陽電池から周期的に充電を受けることにより、蓄電装置の電圧が低下しないように高めることができ、充電が完了する所定の上限電圧Ｖ２まで安定して確実に充電することができるという効果を奏する。
【００３２】
また、前記太陽電池には連系スイッチを介して接続されるパワーコンディショナーを有し、前記選択スイッチに連系モードを設け、この連系モードが選択されると、前記制御部は前記蓄電装置への充電を停止するとともに、前記連系スイッチを閉じて前記太陽電池からの直流電流を交流電流に変換して、系統連系による給電を可能にするという構成を有する。これにより、交流１００Ｖ仕様または２００Ｖ仕様の電気機器に給電ができるため、商用電源からの電力不足や、商用電源が停電した緊急時にも、商用電源の代わりに交流電源を供給することができ、電源供給が不安定な地域や不足時期に、系統連系による電源供給ができるという効果を奏する。
【００３３】
また、前記蓄電装置は少なくとも２つの密閉型バッテリーを直列接続した複数の直列ブロックと、各直列ブロックを並列接続した密閉型バッテリーの集合体であり、全ての前記密閉型バッテリーの外郭表面に、高温で電流を遮断するバイメタル式の感熱遮断部を付設し、この感熱遮断部は前記直列ブロックの配線に直列接続するという構成を有する。これにより、蓄電装置は直列接続した密閉型バッテリーの外郭表面に感熱遮断部を付設しているので、コンテナ内にあるいずれかの密閉型バッテリーの周囲温度が上昇しても、感熱遮断部が作動して直列回路を遮断するので、高温状態の密閉型バッテリーの充放電は停止されることになる。これにより高温状態での密閉型バッテリーの劣化を防止するだけでなく、直列接続された他の密閉型バッテリーへの悪影響（過負荷）を軽減することができ、蓄電装置としての充放電機能を損なわないようにできるという効果を奏する。
【００３４】
また、前記密閉型バッテリーは周囲温度が高温になると、内部に溜まった発生ガスを放出する安全弁を備えるとともに、前記密閉型バッテリーに付設した前記感熱遮断部の作動する設定温度を安全弁の作動温度以下にするという構成を有する。これにより、密閉型バッテリーは６０℃以上の高温になると、安全弁が働き内部の発生ガスを放出して内部圧力を正常に保つ安全機能を備えているものの、ガス放出により内部のバッテリー液が減少して、密閉型バッテリーの性能や寿命が低下することとなる。しかし安全弁が作動する前に、感熱遮断部が作動して直列回路を遮断するので、密閉型バッテリーが充電中の場合は、充電作業が即座に停止され、それ以上の温度上昇を抑えて、安全弁からのガス放出を未然に防止することができ、密閉型バッテリーの長寿命化を図ることができるという効果を奏する。
【００３５】
また、前記蓄電装置は、少なくとも２つの密閉型バッテリーを垂直方向に配置して直列接続した直列ブロックと、複数の前記直列ブロックを水平方向に配列して各直列ブロックを並列接続する並列ブロックにより構成されるとしてもよい。これにより、垂直方向に配置された密閉型バッテリーの結線は直列接続のみであり、直列ブロックの水平方向に配置された結線は並列接続のみであり、各密閉型バッテリーの結線作業が容易にできるので、蓄電装置を現地組立する場合でも誤結線を防いで性能劣化のない高品質を確保できるとともに、限られたコンテナ内の設置場所に省スペースで収納できるという効果を奏する。
【００３６】
また、前記蓄電装置は、前記並列ブロックが複数あるとき、各並列ブロックを垂直方向に配置して、かつ並列接続するという構成を有する。これにより、コンテナ内の設置場所が狭い場合や密閉型バッテリーの数量が多い場合は、並列ブロックを複数にして垂直方向に積み重ねて配置することにより、並列ブロック間の結線は並列接続のみであり、誤結線を防いで品質を確保できるとともに、さらなる省スペース化を図ることができるという効果を奏する。
【００３７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１および図２に示すように、コンテナ１の外郭天面には太陽光電池パネル（以下、太陽電池２と称す）が太陽に直面するように傾斜して設置されている。コンテナ１内には、太陽電池２で得られた電気を蓄電する蓄電装置３が収納され、この蓄電装置３に蓄えた電気により駆動される外部負荷４が外部負荷スイッチ７を介して接続されている。外部負荷４はコンテナ１内に設置された照明器４ａや換気扇４ｂなどと、コンテナ１外に施工された街灯４ｃなどを含んでいる。そして太陽電池２と蓄電装置３の間には、充電回路を開閉する充電スイッチ８と、太陽電池２の出力電圧を一定電圧に調整して蓄電装置３を充電する充電装置９が挿入されている。
【００３９】
蓄電装置３は複数の密閉型鉛蓄電池で構成され、蓄電装置３は長期間放置されると自然放電することにより電圧が低下する。この電圧の低下度合は温度に依存するものであり、たとえば、４５℃で１ヶ月放置した場合、満充電時の７０％程度の容量となる。さらに図３に示すように蓄電装置３の出力電圧が過小な充電不足で放置すると、蓄電装置３のサルフェーション（白色硫酸鉛化現象）や負極板からの自己放電により劣化が進行する。
【００４０】
また逆に蓄電装置３の出力電圧が過大となる状態が持続すると、密閉型鉛蓄電池の電極腐食や内部ガス放出による劣化が進行し、いずれも蓄電装置３の寿命が大幅に低下するものである。したがって出力電圧を適正範囲に調整しながら充放電することが重要である。
【００４１】
そして、一般的に蓄電池の自己放電を補う充電方法として、トリクル充電が使用される。トリクル充電は、たとえば蓄電機器として蓄電池（公称電圧１２Ｖ）複数個を直列に接続して直列回路を構成し、商用電源などから電源供給される安定した定電圧電源（設定電圧が４８＋αＶ）を用いてこの直列回路を定電圧充電する方法であり、定電圧電源を直列回路に接続し続けた場合、充電の末期は自己放電電気量に相当する電気量を補う充電が継続する。
【００４２】
しかし、蓄電装置３は電源供給の困難な地域にコンテナ１とともに移動して使用される場合が多いので、外部からの安定した定電圧電源を確保するのは難しく、コンテナ１に付設した太陽電池２から、蓄電装置３の自己放電に対応した充電を行なうようにしている。また蓄電装置３の出力電圧が許容範囲を超える場合は、蓄電装置３から外部負荷４に放電するようにしている。
【００４３】
すなわち、図１に示すように、蓄電装置３の出力電圧を検出する電圧センサ１０を設けて、電圧センサ１０で検出した出力電圧値を制御部５と充電装置９に送り、制御部５は電圧センサ１０からの出力電圧値と、所定の下限電圧Ｖ１および上限電圧Ｖ２と比較する。
【００４４】
この比較結果により、充電スイッチ８または外部負荷スイッチ７を開閉制御して、太陽電池２からの充電または外部負荷４への放電を行ない、蓄電装置３の出力電圧が所定の電圧範囲に収まるようにしている。
【００４５】
また、コンテナ１内にはパワーコンディショナー１２が収納され、パワーコンディショナー１２は太陽電池２と接続され、その途中に挿入される連系スイッチ１１により通電が制御されている。そして、パワーコンディショナー１２は太陽電池２で得られた直流電流を例えば１００Ｖの交流電流に変換して、交流駆動の電気機器に電源供給が可能であり、他の交流電源とも系統連系できるようになっている。
【００４６】
さらに、制御部５には入力装置として選択スイッチ６が接続され、選択スイッチ６の操作により、通常モード、待機モードおよび連系モードの３種類の運転モードから１つを選択できるようになっている。なお、選択スイッチ６が操作される前は、外部負荷スイッチ７、充電スイッチ８および連系スイッチ１１はＯＦＦとなっている。
【００４７】
上記構成において、その動作を図４のフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
まず、通常運転をする場合は、選択スイッチ６で通常モードを選択すると（Ｓ１００）、制御部５により充電スイッチ８が閉じられ（Ｓ１０１）、充電装置９の働きで太陽電池２から蓄電装置３に充電が始まり（Ｓ１０２）、蓄電装置３の出力電圧を電圧センサ１０が計測し、制御部５において計測電圧値と所定の下限電圧Ｖ１とを比較する（Ｓ１０３）。このとき計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１より小の場合は、外部負荷スイッチ７を開いて外部負荷４への通電を遮断する（Ｓ１０４）。ただし、重要度の高いパソコンなどの機器（図示せず）は、外部負荷４には含まれず、通電を継続するように設定されている。そして計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１以上の場合は、外部負荷スイッチ７を閉じて外部負荷４への通電を行う（Ｓ１０５）。
【００４９】
なお、図４のフローチャートには記載しないが、適当な周期で蓄電装置３の出力電圧を所定の下限電圧Ｖ１と比較するＳ１０３以降を繰り返すことにより、蓄電装置３の出力電圧を少なくとも所定の下限電圧Ｖ１よりは低下しないようにしている。
【００５０】
次に、コンテナ１が運転前の待機状態にある場合や、長期間使用されない場合には、蓄電装置３の自然放電による充電不足を防ぐ必要があり、この場合は選択スイッチ６で待機モードを選択する（Ｓ１００）。制御部５により外部負荷スイッチ７、充電スイッチ８および連系スイッチ１１は全て開放され（Ｓ２０１）、蓄電装置３の出力電圧を電圧センサ１０が計測し、制御部５において計測電圧値と所定の下限電圧Ｖ１とを比較する（Ｓ２０２）。このとき計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１以上であれば、充電は不要として終了し（Ｓ２０６）、もし計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１より小の場合は、タイマー制御により毎日の所定時間だけ、周期的に充電スイッチ８を閉じることにより（Ｓ２０３）、充電装置９により太陽電池２から蓄電装置３に充電する（Ｓ２０４）。続いて、制御部５において電圧センサ１０が計測した蓄電装置３の出力電圧値と所定の上限電圧Ｖ２とを比較して（Ｓ２０５）、計測した電圧値が所定の上限電圧Ｖ２より小の場合はＳ２０４に戻り、太陽電池２から蓄電装置３に充電を継続する（Ｓ２０４）。また、計測した電圧値が所定の上限電圧Ｖ２以上の場合は、太陽電池２からの充電を止めて終了する（Ｓ２０６）。
【００５１】
また、図５に示すように、制御部５において計測電圧値と所定の下限電圧Ｖ１とを比較する判定ステップ（Ｓ２０２）に代えて、前回充電してからの経過時間と、蓄電装置３の自己放電電気量に基づいて定めた一定期間とを比較する判定ステップ（Ｓ２０７）を用いるようにすれば、蓄電装置３が放電する前に確実に充電することができ、蓄電装置３をいつでも使用可能な状態に保つことができる。
【００５２】
ここで、前記一定期間は自己放電電気量に基づき決めることができるが、いつでも使用可能な状態に保つためには、例えば、１日で満充電となる程度の期間にすることが望ましい。例として太陽電池２の発電量が１ｋＷｈ、蓄電装置３の総蓄電量が１４．４ｋＷｈのようなシステムにおいては、１日の平均日照時間を３時間とすると、３５℃〜４５℃の環境下での自己放電電気量がほぼ３ｋＷｈとなる期間は約１ヶ月であるため、前記一定期間を１ヶ月と設定すれば良い。
【００５３】
さらに図４に示すように、選択スイッチ６で連系モードを選択すると（Ｓ１００）、連系スイッチ１１が閉じて太陽電池２からパワーコンディショナー１２へと導通され（Ｓ３０１）、パワーコンディショナー１２が直流電流を交流１００Ｖの電流に変換し、既存の交流１００Ｖの配線に接続して給電することができる。これにより、商用電源の電力不足や商用電源が停電した緊急時にも、商用電源の代わりに、また商用電源と併用して交流電源を供給することができるものである。
【００５４】
（実施の形態２）
図６および図７に示すように、蓄電装置３は左右に並べた２つの密閉型バッテリー１３を直列接続して直列ブロック１４を形成し、複数の直列ブロック１４を水平方向と垂直方向にそれぞれ近接するように、格子状の枠組みを用いて整然と配置されている。
【００５５】
ここで直列回路を構成する複数の密閉型バッテリー１３は、配置環境（温度環境）などに起因して、それぞれ劣化速度が異なる。仮に密閉型バッテリー１３の１つが劣化した（例えば内部短絡によって電圧が低下した）状態で定電圧電源をこの直列回路に接続し続けた場合、残りの密閉型バッテリー１３に過剰な電圧が掛かり続けることになる。そうすると、例えば密閉型バッテリー１３の内部でアーク放電などが起こって密閉型バッテリー１３が過熱することになる。このような現象は、複数の直列回路を同一の定電圧電源で充電する場合などに、特に顕著である。
【００５６】
またスペース効率を重視して直列回路を多段積みする場合、密閉型バッテリー１３の蓋面を天面にする形で直列回路を配置すると、全ての密閉型バッテリー１３の長側面が隣り合うように配置され、両端の密閉型バッテリー１３以外は短側面のみが外部に晒された第１の形態となる。
【００５７】
あるいは、密閉型バッテリー１３の短側面が隣り合うように配置したものをひとまとまりとし、そのまとまりごとの長側面が隣り合うように配置され一部の密閉型バッテリー１３の長側面のみが外部に晒された第２の形態にならざるを得ない。
【００５８】
第１の形態の場合、外部に晒された面（放熱に適した面）が小さすぎるので放熱が困難である。第２の形態の場合、外部に晒された面（放熱に適した面）が一部の密閉型バッテリー１３のみに偏るので直列回路の内部で温度差が顕著になる。いずれの場合も、直列回路の寿命特性は低下する。
【００５９】
しかし密閉型バッテリー１３は安全弁１３ａを備えており、密閉型バッテリー１３の周囲温度が６０℃以上の高温となって、その内部圧力が高まったときに、安全弁１３ａが内部のガスを放出して密閉型バッテリー１３の安全を保つようになっている。
【００６０】
さらに全ての密閉型バッテリー１３の外郭表面には、高温で電流を遮断するバイメタル式の感熱遮断部１５が密着して固定されており、感熱遮断部１５の作動温度は安全弁１３ａの作動温度より低い温度に設定されている。そして感熱遮断部１５は直列ブロック１４の直列回路に直列接続されている。また、それぞれの直列ブロック１４は並列接続されている。
【００６１】
上記構成において、コンテナ１内の温度上昇や蓄電装置３への充電により、密閉型バッテリー１３の表面温度が上昇した場合は、蓄電装置３は密閉型バッテリー１３の外郭表面に付設した感熱遮断部１５が作動して、直列ブロック１４の直列回路を遮断するので、高温状態の密閉型バッテリー１３の充放電は即座に停止されることになり、高温状態での無理な充放電を防止することができる。
【００６２】
さらに、安全弁１３ａが作動する前に、感熱遮断部１５が作動して直列ブロック１４の直列回路を遮断して停止するので、安全弁１３ａからのガス放出に起因する密閉型バッテリー１３内の含浸液の減少を防ぐことができ、長寿命化を図ることができる。
【００６３】
（実施の形態３）
図８に示すように、蓄電装置３は、２つの密閉型バッテリー１３のプラス極とマイナス極を上下同じ方向にして、上下に積み重ねて直列接続した縦長直列ブロック１６を形成し、複数の縦長直列ブロック１６を水平方向に配列して並列接続した並列ブロック１７を形成し、これらのブロックは格子状の枠組みで固定されている。
【００６４】
さらに、縦長直列ブロック１６の数が多くて、並列ブロック１７が１段に収まらないときは、並列ブロック１７以外に他の並列ブロック１８を形成して、並列ブロック１７上に載置している。このとき、並列ブロック１８の縦長直列ブロック１６の上下を逆向けにすることにより、並列ブロック１７のプラス極１７ａと並列ブロック１８のプラス極１８ａを近接して配置している。
【００６５】
上記構成において、密閉型バッテリー１３を並べて配列するときは、縦長直列ブロック１６および並列ブロック１７では、配列方向が同一なので作業性がよい。また、縦長直列ブロック１６の結線作業においても、感熱遮断部１５の結線を含めても直列接続のみであり、並列ブロック１７、１８内は並列接続のみであり、結線作業も容易にできる。
【００６６】
また、密閉型バッテリー１３のメンテナンスや交換に際しても、誤配列や誤結線を防いで品質を確保できる。そして、縦長直列ブロック１６を収納する並列ブロック１７、１８を積み重ねると、コンテナ内の上下方向のスペースを有効利用することができる。
【００６７】
さらに、本実施の形態では、並列ブロック１７のプラス極１７ａと並列ブロック１８のプラス極１８ａは近接しているので、プラス極間の結線が容易にできるとともに、プラス極１７ａ、１８ａはマイナス極１７ｂ、１８ｂとの端子間距離が大きくとれるので、並列ブロック１７と並列ブロック１８の短絡の危険性を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明にかかるコンテナ利用の独立電源装置は、コンテナに太陽電池と蓄電装置を備えて、待機状態でも蓄電装置の電圧を給電可能な状態に維持できるので、電源が十分に確保できない地域・後進国や災害を受けた被災地の電源装置として、また突然の停電に対応して電源供給できる補助電源装置として、医療用、通信用、工事現場用、避難住宅用などの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ コンテナ
２ 太陽電池
３ 蓄電装置
４ 外部負荷
４ａ 照明器
４ｂ 換気扇
４ｃ 街灯
５ 制御部
６ 選択スイッチ
７ 外部負荷スイッチ
８ 充電スイッチ
９ 充電装置
１０ 電圧センサ
１１ 連系スイッチ
１２ パワーコンディショナー
１３ 密閉型バッテリー
１３ａ 安全弁
１４ 直列ブロック
１５ 感熱遮断部
１６ 縦長直列ブロック
１７ 並列ブロック
１８ 並列ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンテナの外郭に設けた太陽電池と、この太陽電池から充電される蓄電装置を備えたコンテナ利用の独立電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のコンテナ利用の独立電源装置は、商用電源の供給が困難な屋外において、コンテナの天面や壁面に太陽電池を取り付け、コンテナ内部に給電可能とするとともに、蓄電装置に蓄電することにより、夜間においても給電が可能となるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下そのコンテナ利用の独立電源装置に係わる系統システムについて、図９を用いて説明する。図９に示すように、太陽電池１０１はコンテナ（図示せず）の天井や壁面等に設置され、逆流防止ダイオード１０２を経由して蓄電装置１０３に接続され、太陽電池１０１で発電した電力を蓄電する。さらに、蓄電装置１０３はコントローラ１０６に制御されるスイッチ１０４を介して、換気扇１０５に電力を供給する。コントローラ１０６は、太陽電池１０１の出力電圧をモニターし、この出力電圧が基準値以上のときは、スイッチ１０４を閉じて換気扇１０５を動作させ、出力電圧が基準値以下のときは、スイッチ１０４を開放して換気扇１０５を停止させる。
【０００４】
また、蓄電装置１０３はコントローラ１１０に制御されるスイッチ１０７を介して、照明装置１０８に電力を供給する。コントローラ１１０は、コンテナのドアの開閉を検出するドアセンサ１０９と接続され、ドアセンサ１０９がドアの開放を検出すると、コントローラ１１０がスイッチ１０７を閉じて照明装置１０８を点灯させる構成となっていた。
【０００５】
また、この種のコンテナ利用の独立電源装置には、インフラ未整備の未開発地域において、コンテナごとに診療所、患者収容所、トイレなどの複数のコンテナを設け、各コンテナに給電給水するエネルギー自給型診療所システムが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、この種のコンテナ利用の独立電源装置に使用される蓄電装置として、電解液が漏れ出ないよう不織布に硫酸を含ませて保持することにより密閉式にして、ガス抜き用の安全弁を備えた制御弁式鉛蓄電池が知られている（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
以下この制御弁式鉛蓄電池について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、制御弁式鉛蓄電池の本体２０１は、外郭は一方が開放した箱型の電装部２０２と、この開放部を覆う蓋部２０３からなる。電装部２０２には、複数の正極板２０４、セパレータ２０５、負極板２０６が配列して収納され、複数の正極板２０４と負極板２０６はそれぞれ異なるストラップ２０７により連結されている。蓋部２０３には、正極端子部２０８、負極端子部２０９および安全弁２１０が設けられ、正極端子部２０８は正極板２０４を連結するストラップ２０７と電気的に接続され、同様に、負極端子部２０９も負極板２０６と電気的に接続されている。そして、正極端子部２０８と負極端子部２０９を通して、本体２０１に直流電流を充放電できるようになっている。
【０００８】
なお、安全弁２１０は、本体２０１が過充電や所定温度以上の高温となって、その内部圧力が高まったときに、内部のガスを放出して本体２０１の安全を保つものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１９２３７８号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８５７４号公報
【特許文献３】特開２００５−３８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来例において、特許文献１に示したコントローラは太陽電池の出力電圧またはドアセンサの検出信号に応じて換気扇または照明装置に電力を供給または停止する構成となっていたので、蓄電装置の充電状態に拘らず充放電を繰り返すこととなる。また蓄電装置は高温下で長期間放置されると、自然放電することにより電圧が低下するものであるが、このことに使用者が気付かない場合、所望の放電容量が得られず、不便を生じることがある。このように蓄電装置が充電不足または過充電になる可能性があり、特に蓄電装置を待機状態で管理するときは、蓄電装置を劣化させないように正常状態に保つことが難しいという課題がある。
【００１１】
また、特許文献２に示したように、他のコンテナに電源供給するための独立電源は、その蓄電装置が充電不足のときや、高温環境に晒されているときに、不用意に外部負荷がかかると蓄電装置が損傷または劣化するという課題がある。
【００１２】
また、特許文献３に示したように、制御弁式鉛蓄電池は過充電や一定の高温に対応できるように安全弁を備えているが、安全弁が作動した場合は、蓄電池に含浸させた電解液がガスとして放出されるため、蓄電池が劣化して寿命が短くなるという課題がある。
【００１３】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、コンテナに設けた太陽電池により充電されるコンテナ内の蓄電装置が、充電不足または過充電とならないように、また蓄電装置に不用意に負荷がかからないようにして、さらに安全弁が働く前に蓄電装置を保護できるようにし、蓄電装置の性能や品質を安全かつ長寿命に保つことのできるコンテナ利用の独立電源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そして、この目的を達成するために本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００１５】
前記選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止し、さらに前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置としたものである。
【００１６】
また本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００１７】
前記選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置としたものである。
【００１８】
これらにより初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００２０】
前記選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止し、さらに前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させる。
【００２１】
また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止する構成としたことにより、外部負荷への放電回路を遮断している状態で、蓄電装置の出力電圧を監視する制御部は、所定の下限電圧Ｖ１以上で所定の上限電圧Ｖ２を超えない範囲の出力電圧に保つことができる。
【００２２】
したがって、蓄電装置の充電不足や過充電を防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、いつでも外部負荷へ給電できる状態を継続することができるという効果を得ることができる。
【００２３】
また本発明は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００２４】
前記選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させる。
【００２５】
また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止する構成としたことにより、制御部は充電を停止した後の所定時間が経過した段階で、太陽電池から蓄電装置に充電して充電不足を防ぎ、さらに過充電も防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、いつでも外部負荷へ給電できる電圧を保ち、使用者が便利に使用できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１のコンテナ利用の独立電源装置のブロック回路図
【図２】同、概略構成図
【図３】同、蓄電装置の出力電圧と寿命に関する特性図
【図４】同、フローチャート
【図５】同、他のフローチャート
【図６】本発明の実施の形態２のコンテナ利用の独立電源装置の蓄電装置の構成図
【図７】同、ブロック回路図
【図８】本発明の実施の形態３のコンテナ利用の独立電源装置の蓄電装置の構成図
【図９】従来のコンテナ利用の独立電源装置のブロック回路図
【図１０】同、密閉型バッテリーの一部破断の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の請求項１記載のコンテナ利用の独立電源装置は、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００２８】
前記選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止し、さらに前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止するという構成を有する。これにより、制御部は外部負荷への放電回路を遮断している状態で、蓄電装置の出力電圧を監視して、所定の下限電圧Ｖ１以上で所定の上限電圧Ｖ２を超えない範囲の出力電圧に保つように制御しているので、蓄電装置の充電不足や過充電を防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、待機状態でも常に給電可能な電圧を保持することができるという効果を奏する。
【００２９】
また、コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有する。
【００３０】
前記選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したときに、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、また前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止するという構成を有する。これにより、蓄電装置の電圧が顕著に低下する前に制御部は所定時間が経過した段階で、太陽電池から蓄電装置へ充電を開始するようにしているので、長期間使用しない場合でも、蓄電装置の充電不足による使用者の不便を未然に防ぎ、さらに過充電も防いで長寿命化を図り、蓄電装置の出力電圧を適正範囲に維持して、待機状態でも常に給電可能な電圧を保持することができるという効果を奏する。
【００３１】
また、前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２となるまで、毎日周期的に設定時間だけ、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を行うという構成を有する。これにより、太陽電池から周期的に充電を受けることにより、蓄電装置の電圧が低下しないように高めることができ、充電が完了する所定の上限電圧Ｖ２まで安定して確実に充電することができるという効果を奏する。
【００３２】
また、前記太陽電池には連系スイッチを介して接続されるパワーコンディショナーを有し、前記選択スイッチに連系モードを設け、この連系モードが選択されると、前記制御部は前記蓄電装置への充電を停止するとともに、前記連系スイッチを閉じて前記太陽電池からの直流電流を交流電流に変換して、系統連系による給電を可能にするという構成を有する。これにより、交流１００Ｖ仕様または２００Ｖ仕様の電気機器に給電ができるため、商用電源からの電力不足や、商用電源が停電した緊急時にも、商用電源の代わりに交流電源を供給することができ、電源供給が不安定な地域や不足時期に、系統連系による電源供給ができるという効果を奏する。
【００３３】
また、前記蓄電装置は少なくとも２つの密閉型バッテリーを直列接続した複数の直列ブロックと、各直列ブロックを並列接続した密閉型バッテリーの集合体であり、全ての前記密閉型バッテリーの外郭表面に、高温で電流を遮断するバイメタル式の感熱遮断部を付設し、この感熱遮断部は前記直列ブロックの配線に直列接続するという構成を有する。これにより、蓄電装置は直列接続した密閉型バッテリーの外郭表面に感熱遮断部を付設しているので、コンテナ内にあるいずれかの密閉型バッテリーの周囲温度が上昇しても、感熱遮断部が作動して直列回路を遮断するので、高温状態の密閉型バッテリーの充放電は停止されることになる。これにより高温状態での密閉型バッテリーの劣化を防止するだけでなく、直列接続された他の密閉型バッテリーへの悪影響（過負荷）を軽減することができ、蓄電装置としての充放電機能を損なわないようにできるという効果を奏する。
【００３４】
また、前記密閉型バッテリーは周囲温度が高温になると、内部に溜まった発生ガスを放出する安全弁を備えるとともに、前記密閉型バッテリーに付設した前記感熱遮断部の作動する設定温度を安全弁の作動温度以下にするという構成を有する。これにより、密閉型バッテリーは６０℃以上の高温になると、安全弁が働き内部の発生ガスを放出して内部圧力を正常に保つ安全機能を備えているものの、ガス放出により内部のバッテリー液が減少して、密閉型バッテリーの性能や寿命が低下することとなる。しかし安全弁が作動する前に、感熱遮断部が作動して直列回路を遮断するので、密閉型バッテリーが充電中の場合は、充電作業が即座に停止され、それ以上の温度上昇を抑えて、安全弁からのガス放出を未然に防止することができ、密閉型バッテリーの長寿命化を図ることができるという効果を奏する。
【００３５】
また、前記蓄電装置は、少なくとも２つの密閉型バッテリーを垂直方向に配置して直列接続した直列ブロックと、複数の前記直列ブロックを水平方向に配列して各直列ブロックを並列接続する並列ブロックにより構成されるとしてもよい。これにより、垂直方向に配置された密閉型バッテリーの結線は直列接続のみであり、直列ブロックの水平方向に配置された結線は並列接続のみであり、各密閉型バッテリーの結線作業が容易にできるので、蓄電装置を現地組立する場合でも誤結線を防いで性能劣化のない高品質を確保できるとともに、限られたコンテナ内の設置場所に省スペースで収納できるという効果を奏する。
【００３６】
また、前記蓄電装置は、前記並列ブロックが複数あるとき、各並列ブロックを垂直方向に配置して、かつ並列接続するという構成を有する。これにより、コンテナ内の設置場所が狭い場合や密閉型バッテリーの数量が多い場合は、並列ブロックを複数にして垂直方向に積み重ねて配置することにより、並列ブロック間の結線は並列接続のみであり、誤結線を防いで品質を確保できるとともに、さらなる省スペース化を図ることができるという効果を奏する。
【００３７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１および図２に示すように、コンテナ１の外郭天面には太陽光電池パネル（以下、太陽電池２と称す）が太陽に直面するように傾斜して設置されている。コンテナ１内には、太陽電池２で得られた電気を蓄電する蓄電装置３が収納され、この蓄電装置３に蓄えた電気により駆動される外部負荷４が外部負荷スイッチ７を介して接続されている。外部負荷４はコンテナ１内に設置された照明器４ａや換気扇４ｂなどと、コンテナ１外に施工された街灯４ｃなどを含んでいる。そして太陽電池２と蓄電装置３の間には、充電回路を開閉する充電スイッチ８と、太陽電池２の出力電圧を一定電圧に調整して蓄電装置３を充電する充電装置９が挿入されている。
【００３９】
蓄電装置３は複数の密閉型鉛蓄電池で構成され、蓄電装置３は長期間放置されると自然放電することにより電圧が低下する。この電圧の低下度合は温度に依存するものであり、たとえば、４５℃で１ヶ月放置した場合、満充電時の７０％程度の容量となる。さらに図３に示すように蓄電装置３の出力電圧が過小な充電不足で放置すると、蓄電装置３のサルフェーション（白色硫酸鉛化現象）や負極板からの自己放電により劣化が進行する。
【００４０】
また逆に蓄電装置３の出力電圧が過大となる状態が持続すると、密閉型鉛蓄電池の電極腐食や内部ガス放出による劣化が進行し、いずれも蓄電装置３の寿命が大幅に低下するものである。したがって出力電圧を適正範囲に調整しながら充放電することが重要である。
【００４１】
そして、一般的に蓄電池の自己放電を補う充電方法として、トリクル充電が使用される。トリクル充電は、たとえば蓄電機器として蓄電池（公称電圧１２Ｖ）複数個を直列に接続して直列回路を構成し、商用電源などから電源供給される安定した定電圧電源（設定電圧が４８＋αＶ）を用いてこの直列回路を定電圧充電する方法であり、定電圧電源を直列回路に接続し続けた場合、充電の末期は自己放電電気量に相当する電気量を補う充電が継続する。
【００４２】
しかし、蓄電装置３は電源供給の困難な地域にコンテナ１とともに移動して使用される場合が多いので、外部からの安定した定電圧電源を確保するのは難しく、コンテナ１に付設した太陽電池２から、蓄電装置３の自己放電に対応した充電を行なうようにしている。また蓄電装置３の出力電圧が許容範囲を超える場合は、蓄電装置３から外部負荷４に放電するようにしている。
【００４３】
すなわち、図１に示すように、蓄電装置３の出力電圧を検出する電圧センサ１０を設けて、電圧センサ１０で検出した出力電圧値を制御部５と充電装置９に送り、制御部５は電圧センサ１０からの出力電圧値と、所定の下限電圧Ｖ１および上限電圧Ｖ２と比較する。
【００４４】
この比較結果により、充電スイッチ８または外部負荷スイッチ７を開閉制御して、太陽電池２からの充電または外部負荷４への放電を行ない、蓄電装置３の出力電圧が所定の電圧範囲に収まるようにしている。
【００４５】
また、コンテナ１内にはパワーコンディショナー１２が収納され、パワーコンディショナー１２は太陽電池２と接続され、その途中に挿入される連系スイッチ１１により通電が制御されている。そして、パワーコンディショナー１２は太陽電池２で得られた直流電流を例えば１００Ｖの交流電流に変換して、交流駆動の電気機器に電源供給が可能であり、他の交流電源とも系統連系できるようになっている。
【００４６】
さらに、制御部５には入力装置として選択スイッチ６が接続され、選択スイッチ６の操作により、通常モード、待機モードおよび連系モードの３種類の運転モードから１つを選択できるようになっている。なお、選択スイッチ６が操作される前は、外部負荷スイッチ７、充電スイッチ８および連系スイッチ１１はＯＦＦとなっている。
【００４７】
上記構成において、その動作を図４のフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
まず、通常運転をする場合は、選択スイッチ６で通常モードを選択すると（Ｓ１００）、制御部５により充電スイッチ８が閉じられ（Ｓ１０１）、充電装置９の働きで太陽電池２から蓄電装置３に充電が始まり（Ｓ１０２）、蓄電装置３の出力電圧を電圧センサ１０が計測し、制御部５において計測電圧値と所定の下限電圧Ｖ１とを比較する（Ｓ１０３）。このとき計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１より小の場合は、外部負荷スイッチ７を開いて外部負荷４への通電を遮断する（Ｓ１０４）。ただし、重要度の高いパソコンなどの機器（図示せず）は、外部負荷４には含まれず、通電を継続するように設定されている。そして計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１以上の場合は、外部負荷スイッチ７を閉じて外部負荷４への通電を行う（Ｓ１０５）。
【００４９】
なお、図４のフローチャートには記載しないが、適当な周期で蓄電装置３の出力電圧を所定の下限電圧Ｖ１と比較するＳ１０３以降を繰り返すことにより、蓄電装置３の出力電圧を少なくとも所定の下限電圧Ｖ１よりは低下しないようにしている。
【００５０】
次に、コンテナ１が運転前の待機状態にある場合や、長期間使用されない場合には、蓄電装置３の自然放電による充電不足を防ぐ必要があり、この場合は選択スイッチ６で待機モードを選択する（Ｓ１００）。制御部５により外部負荷スイッチ７、充電スイッチ８および連系スイッチ１１は全て開放され（Ｓ２０１）、蓄電装置３の出力電圧を電圧センサ１０が計測し、制御部５において計測電圧値と所定の下限電圧Ｖ１とを比較する（Ｓ２０２）。このとき計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１以上であれば、充電は不要として終了し（Ｓ２０６）、もし計測電圧値が所定の下限電圧Ｖ１より小の場合は、タイマー制御により毎日の所定時間だけ、周期的に充電スイッチ８を閉じることにより（Ｓ２０３）、充電装置９により太陽電池２から蓄電装置３に充電する（Ｓ２０４）。続いて、制御部５において電圧センサ１０が計測した蓄電装置３の出力電圧値と所定の上限電圧Ｖ２とを比較して（Ｓ２０５）、計測した電圧値が所定の上限電圧Ｖ２より小の場合はＳ２０４に戻り、太陽電池２から蓄電装置３に充電を継続する（Ｓ２０４）。また、計測した電圧値が所定の上限電圧Ｖ２以上の場合は、太陽電池２からの充電を止めて終了する（Ｓ２０６）。
【００５１】
また、図５に示すように、制御部５において計測電圧値と所定の下限電圧Ｖ１とを比較する判定ステップ（Ｓ２０２）に代えて、前回充電してからの経過時間と、蓄電装置３の自己放電電気量に基づいて定めた一定期間とを比較する判定ステップ（Ｓ２０７）を用いるようにすれば、蓄電装置３が放電する前に確実に充電することができ、蓄電装置３をいつでも使用可能な状態に保つことができる。
【００５２】
ここで、前記一定期間は自己放電電気量に基づき決めることができるが、いつでも使用可能な状態に保つためには、例えば、１日で満充電となる程度の期間にすることが望ましい。例として太陽電池２の発電量が１ｋＷｈ、蓄電装置３の総蓄電量が１４．４ｋＷｈのようなシステムにおいては、１日の平均日照時間を３時間とすると、３５℃〜４５℃の環境下での自己放電電気量がほぼ３ｋＷｈとなる期間は約１ヶ月であるため、前記一定期間を１ヶ月と設定すれば良い。
【００５３】
さらに図４に示すように、選択スイッチ６で連系モードを選択すると（Ｓ１００）、連系スイッチ１１が閉じて太陽電池２からパワーコンディショナー１２へと導通され（Ｓ３０１）、パワーコンディショナー１２が直流電流を交流１００Ｖの電流に変換し、既存の交流１００Ｖの配線に接続して給電することができる。これにより、商用電源の電力不足や商用電源が停電した緊急時にも、商用電源の代わりに、また商用電源と併用して交流電源を供給することができるものである。
【００５４】
（実施の形態２）
図６および図７に示すように、蓄電装置３は左右に並べた２つの密閉型バッテリー１３を直列接続して直列ブロック１４を形成し、複数の直列ブロック１４を水平方向と垂直方向にそれぞれ近接するように、格子状の枠組みを用いて整然と配置されている。
【００５５】
ここで直列回路を構成する複数の密閉型バッテリー１３は、配置環境（温度環境）などに起因して、それぞれ劣化速度が異なる。仮に密閉型バッテリー１３の１つが劣化した（例えば内部短絡によって電圧が低下した）状態で定電圧電源をこの直列回路に接続し続けた場合、残りの密閉型バッテリー１３に過剰な電圧が掛かり続けることになる。そうすると、例えば密閉型バッテリー１３の内部でアーク放電などが起こって密閉型バッテリー１３が過熱することになる。このような現象は、複数の直列回路を同一の定電圧電源で充電する場合などに、特に顕著である。
【００５６】
またスペース効率を重視して直列回路を多段積みする場合、密閉型バッテリー１３の蓋面を天面にする形で直列回路を配置すると、全ての密閉型バッテリー１３の長側面が隣り合うように配置され、両端の密閉型バッテリー１３以外は短側面のみが外部に晒された第１の形態となる。
【００５７】
あるいは、密閉型バッテリー１３の短側面が隣り合うように配置したものをひとまとまりとし、そのまとまりごとの長側面が隣り合うように配置され一部の密閉型バッテリー１３の長側面のみが外部に晒された第２の形態にならざるを得ない。
【００５８】
第１の形態の場合、外部に晒された面（放熱に適した面）が小さすぎるので放熱が困難である。第２の形態の場合、外部に晒された面（放熱に適した面）が一部の密閉型バッテリー１３のみに偏るので直列回路の内部で温度差が顕著になる。いずれの場合も、直列回路の寿命特性は低下する。
【００５９】
しかし密閉型バッテリー１３は安全弁１３ａを備えており、密閉型バッテリー１３の周囲温度が６０℃以上の高温となって、その内部圧力が高まったときに、安全弁１３ａが内部のガスを放出して密閉型バッテリー１３の安全を保つようになっている。
【００６０】
さらに全ての密閉型バッテリー１３の外郭表面には、高温で電流を遮断するバイメタル式の感熱遮断部１５が密着して固定されており、感熱遮断部１５の作動温度は安全弁１３ａの作動温度より低い温度に設定されている。そして感熱遮断部１５は直列ブロック１４の直列回路に直列接続されている。また、それぞれの直列ブロック１４は並列接続されている。
【００６１】
上記構成において、コンテナ１内の温度上昇や蓄電装置３への充電により、密閉型バッテリー１３の表面温度が上昇した場合は、蓄電装置３は密閉型バッテリー１３の外郭表面に付設した感熱遮断部１５が作動して、直列ブロック１４の直列回路を遮断するので、高温状態の密閉型バッテリー１３の充放電は即座に停止されることになり、高温状態での無理な充放電を防止することができる。
【００６２】
さらに、安全弁１３ａが作動する前に、感熱遮断部１５が作動して直列ブロック１４の直列回路を遮断して停止するので、安全弁１３ａからのガス放出に起因する密閉型バッテリー１３内の含浸液の減少を防ぐことができ、長寿命化を図ることができる。
【００６３】
（実施の形態３）
図８に示すように、蓄電装置３は、２つの密閉型バッテリー１３のプラス極とマイナス極を上下同じ方向にして、上下に積み重ねて直列接続した縦長直列ブロック１６を形成し、複数の縦長直列ブロック１６を水平方向に配列して並列接続した並列ブロック１７を形成し、これらのブロックは格子状の枠組みで固定されている。
【００６４】
さらに、縦長直列ブロック１６の数が多くて、並列ブロック１７が１段に収まらないときは、並列ブロック１７以外に他の並列ブロック１８を形成して、並列ブロック１７上に載置している。このとき、並列ブロック１８の縦長直列ブロック１６の上下を逆向けにすることにより、並列ブロック１７のプラス極１７ａと並列ブロック１８のプラス極１８ａを近接して配置している。
【００６５】
上記構成において、密閉型バッテリー１３を並べて配列するときは、縦長直列ブロック１６および並列ブロック１７では、配列方向が同一なので作業性がよい。また、縦長直列ブロック１６の結線作業においても、感熱遮断部１５の結線を含めても直列接続のみであり、並列ブロック１７、１８内は並列接続のみであり、結線作業も容易にできる。
【００６６】
また、密閉型バッテリー１３のメンテナンスや交換に際しても、誤配列や誤結線を防いで品質を確保できる。そして、縦長直列ブロック１６を収納する並列ブロック１７、１８を積み重ねると、コンテナ内の上下方向のスペースを有効利用することができる。
【００６７】
さらに、本実施の形態では、並列ブロック１７のプラス極１７ａと並列ブロック１８のプラス極１８ａは近接しているので、プラス極間の結線が容易にできるとともに、プラス極１７ａ、１８ａはマイナス極１７ｂ、１８ｂとの端子間距離が大きくとれるので、並列ブロック１７と並列ブロック１８の短絡の危険性を軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明にかかるコンテナ利用の独立電源装置は、コンテナに太陽電池と蓄電装置を備えて、待機状態でも蓄電装置の電圧を給電可能な状態に維持できるので、電源が十分に確保できない地域・後進国や災害を受けた被災地の電源装置として、また突然の停電に対応して電源供給できる補助電源装置として、医療用、通信用、工事現場用、避難住宅用などの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ コンテナ
２ 太陽電池
３ 蓄電装置
４ 外部負荷
４ａ 照明器
４ｂ 換気扇
４ｃ 街灯
５ 制御部
６ 選択スイッチ
７ 外部負荷スイッチ
８ 充電スイッチ
９ 充電装置
１０ 電圧センサ
１１ 連系スイッチ
１２ パワーコンディショナー
１３ 密閉型バッテリー
１３ａ 安全弁
１４ 直列ブロック
１５ 感熱遮断部
１６ 縦長直列ブロック
１７ 並列ブロック
１８ 並列ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有し、この選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止して、前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項２】
コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有し、この選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２となるまで、毎日周期的に設定時間だけ、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を行うことを特徴とする請求項１または２記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項４】
前記太陽電池には連系スイッチを介して接続されるパワーコンディショナーを有し、前記選択スイッチに連系モードを設け、この連系モードが選択されると、前記制御部は前記蓄電装置への充電を停止するとともに、前記連系スイッチを閉じて前記太陽電池からの直流電流を交流電流に変換して、系統連系による給電を可能とした請求項１または２記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項５】
前記蓄電装置は少なくとも２つの密閉型バッテリーを直列接続した複数の直列ブロックと、各直列ブロックを並列接続した密閉型バッテリーの集合体であり、全ての前記密閉型バッテリーの外郭表面に、高温で電流を遮断するバイメタル式の感熱遮断部を付設し、この感熱遮断部は前記直列ブロックの配線に直列接続することを特徴とする請求項１または２記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項６】
前記密閉型バッテリーは周囲温度が高温になると、内部に溜まった発生ガスを放出する安全弁を備えるとともに、前記密閉型バッテリーに付設した前記感熱遮断部の作動する設定温度を安全弁の作動温度以下とした請求項５記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項７】
前記蓄電装置は、少なくとも２つの密閉型バッテリーを垂直方向に配置して直列接続した直列ブロックと、複数の前記直列ブロックを水平方向に配列して各直列ブロックを並列接続する並列ブロックにより構成されることを特徴とする請求項５記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項８】
前記蓄電装置は、前記並列ブロックが複数あるとき、各並列ブロックを垂直方向に配置して、かつ並列接続することを特徴とする請求項７記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項１】
コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有し、この選択スイッチにより待機モードが選択された場合に、前記制御部は前記外部負荷へ放電を停止して、前記蓄電装置の電圧が所定の下限電圧Ｖ１より小となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項２】
コンテナの外郭天面または側面に太陽電池を具備し、前記太陽電池から得られた電気を蓄えるとともに、蓄えられた電気を照明機器などの外部負荷に供給する蓄電装置を前記コンテナ内に設け、前記蓄電装置の電圧を監視して前記蓄電装置の充電および放電を制御する制御部と、運転モードを通常モードまたは待機モードに選択できる選択スイッチを有し、この選択スイッチが待機モードに維持されている場合は、前記制御部は充電を停止した後の所定時間が経過したとき、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を開始させ、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２以上となったとき、前記太陽電池から前記蓄電装置への充電を停止することを特徴とするコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定の上限電圧Ｖ２となるまで、毎日周期的に設定時間だけ、前記太陽電池から前記蓄電装置へ充電を行うことを特徴とする請求項１または２記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項４】
前記太陽電池には連系スイッチを介して接続されるパワーコンディショナーを有し、前記選択スイッチに連系モードを設け、この連系モードが選択されると、前記制御部は前記蓄電装置への充電を停止するとともに、前記連系スイッチを閉じて前記太陽電池からの直流電流を交流電流に変換して、系統連系による給電を可能とした請求項１または２記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項５】
前記蓄電装置は少なくとも２つの密閉型バッテリーを直列接続した複数の直列ブロックと、各直列ブロックを並列接続した密閉型バッテリーの集合体であり、全ての前記密閉型バッテリーの外郭表面に、高温で電流を遮断するバイメタル式の感熱遮断部を付設し、この感熱遮断部は前記直列ブロックの配線に直列接続することを特徴とする請求項１または２記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項６】
前記密閉型バッテリーは周囲温度が高温になると、内部に溜まった発生ガスを放出する安全弁を備えるとともに、前記密閉型バッテリーに付設した前記感熱遮断部の作動する設定温度を安全弁の作動温度以下とした請求項５記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項７】
前記蓄電装置は、少なくとも２つの密閉型バッテリーを垂直方向に配置して直列接続した直列ブロックと、複数の前記直列ブロックを水平方向に配列して各直列ブロックを並列接続する並列ブロックにより構成されることを特徴とする請求項５記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【請求項８】
前記蓄電装置は、前記並列ブロックが複数あるとき、各並列ブロックを垂直方向に配置して、かつ並列接続することを特徴とする請求項７記載のコンテナ利用の独立電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−７０５５８（Ｐ２０１３−７０５５８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８５９８（Ｐ２０１１−２０８５９８）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]