JP6943548B2 - 蓄電池システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池システムに関する。

従来、使用者が建築物を使用しているときに、建築物が環境に与える影響を少なくするための検討が行われている。その１つの例として、建築物の屋根等に太陽光発電装置等を設けて発電するとともに、発電した電力を蓄電池により蓄える方法がある。建築物をこのように構成することで、使用者が使用する電力のうち外部から供給する必要のある電力が抑えられる。
例えば、特許文献１には、建築物内のスペースの有効利用を図るために、階段の蓄電池収納庫（内装）内に蓄電池を設けることが記載されている。

特開２０１０−１７４５９２号公報

しかしながら、蓄電池収納庫内に蓄電池を設けると、蓄電池のメンテナンスや交換時に蓄電池収納庫内から蓄電池を取出しにくくなる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、家具又は内装から蓄電池を取出しやすくした蓄電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の蓄電池システムは、家具又は内装と、前記家具又は前記内装内に収容された蓄電池と、を備え、前記家具又は内装には、前記蓄電池を取出し可能な開口部が形成されていることを特徴としている。
この発明によれば、家具又は内装には開口部が形成されているため、この開口部を通して蓄電池を家具又は内装の外部に取出すことができる。

また、上記の蓄電池システムにおいて、前記蓄電池はシート状に形成されて複数備えられ、前記複数の蓄電池は、前記蓄電池の厚さ方向に重ねられ、前記複数の蓄電池は、前記厚さ方向と、前記複数の蓄電池の取出し方向とが交差するように収容されてもよい。
この発明によれば、複数の蓄電池のうち一部を取出す際に、残部が支障となりにくくすることができる。

また、上記の蓄電池システムにおいて、前記家具又は前記内装は階段であり、前記階段の蹴込板が踏板に対して移動することで、前記開口部が形成されてもよい。
この発明によれば、階段において、踏板に対して蹴込板を移動させて開口部を形成し、蓄電池を取出すことができる。

また、上記の蓄電池システムにおいて、前記家具又は前記内装はソファーであり、前記ソファーは、座部と、前記座部を下方から支持する支持部と、を有し、前記座部が前記支持部に対して移動することで、前記開口部が形成されてもよい。
この発明によれば、ソファーにおいて、支持部に対して座部を移動させて開口部を形成し、蓄電池を取出すことができる。

本発明の蓄電池システムによれば、家具又は内装から蓄電池を取出しやすくすることができる。

本発明の実施形態の蓄電池システムが用いられている家屋の正面の断面図である。 同蓄電池システムのリチウムイオン二次電池の側面の断面を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態の蓄電池システムの要部の断面図である。 本発明の第２実施形態の蓄電池システムの側面の断面図である。 本発明の第３実施形態の蓄電池システムの斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る蓄電池システムの第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の様々な蓄電池システムが用いられている家屋（建築物）１０１の一例を示している。家屋１０１は、下方から上方に向かって、床下部１０２、１階１０３、２階１０４、屋根裏１０５、及び屋根１０６をこの順で設けている。以下では、蓄電池がリチウムイオン二次電池（以下、二次電池と略称する）１１である場合を例にとって説明するが、蓄電池はこれに限定されない。蓄電池としては、これ以外に、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等を用いることができる。

図１では、二次電池１１は、内装である床下部１０２、壁１０７、及び屋根裏１０５内に収容されている。二次電池１１が収容される内装としては、これ以外に、例えば階段、押入れ、柱、床（床材）、畳等を挙げることができる。二次電池１１が収容される家具としては、例えば絨毯、たんす等を挙げることができる。
二次電池１１は、家屋１０１内の、うまく利用できていない空間である、いわゆるデッドスペース内に収容されている。
屋根１０６上には、公知の太陽光発電装置１１１が取付けられている。
以下では、まず二次電池１１について説明する。

二次電池１１の構成は、特に限定されない。図２に示すように、二次電池１１はシート状（板状）に形成されている。二次電池１１は、蓄電体１２と、蓄電体１２を収容する外装体１３と、外装体１３内に充填された電解質１４と、を備えている。
蓄電体１２は、正極部１５及び負極部１６が二次電池１１の厚さ方向Ｚに交互に重ねられて構成されている。図示はしないが、正極部１５は、正極シートの主面に正極活物質層が設けられて構成されている。負極部１６は、負極シートの主面に負極活物質層が設けられて構成されている。
正極部１５と負極部１６との間には、セパレータ１７が配置されている。すなわち、正極部１５、セパレータ１７、負極部１６、セパレータ１７、正極部１５、‥、の順で積層することで、蓄電体１２が構成されている。

正極シートとしては、アルミニウム箔等を用いることができる。正極活物質層には、一般式「ＬｉＭ_ｘＯ_ｙ（式中、Ｍは金属であり；ｘ及びｙは、金属Ｍと酸素Ｏとの組成比である）」で表される金属酸リチウム化合物等が用いられる。このような金属酸リチウム化合物としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）等が例示できる。
負極シートとしては、銅箔等を用いることができる。負極活物質層には、黒鉛（グラファイト）や酸化ケイ素等が用いられる。
セパレータ１７の材質は特に限定されないが、微多孔性の高分子膜、不織布、ガラスファイバー等が挙げられる。

外装体１３の構成は、特に限定されない。詳細には図示しないが、本実施形態では外装体１３は、例えば内層側から変性ＰＰ（ポリプロピレン）層、アルミニウム層、ナイロン層、及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）層が積層された第一の積層フィルム２０及び第二の積層フィルム２１を有している。
第一の積層フィルム２０の変性ＰＰ層の縁部と第二の積層フィルム２１の変性ＰＰ層の縁部とが溶着することで、外装体１３が袋状に構成される。

電解質１４は特に限定されず、例えば、公知のリチウムイオン二次電池で使用される電解質、電解液等が適用可能である。電解液としては、有機溶媒に電解質塩を溶解した混合溶液が例示できる。
二次電池１１は、図示しない一対のタブ（端子）を備えている。二次電池１１は、一対のタブを通して充電したり放電したりすることができる。
二次電池１１は、１枚、又は複数枚の質量が、例えば数１０ｋｇや１００ｋｇ等と、比較的重い。

図３に示すように、第１実施形態における蓄電池システム１は、階段（内装）３１と、階段３１内に収容された前述の複数の二次電池１１と、を備えている。階段３１は、水平面に沿って延びる踏板３２と、鉛直方向に沿って延びる蹴込板３３とが交互に配置されて構成されている。踏板３２と、この踏板３２のすぐ下方の蹴込板３３とにより、段部３４が形成される。

例えば、蹴込板３３の下端部にはヒンジ３６の第一腕部が固定されている。ヒンジ３６の第二腕部は、踏板３２の上面に固定されている。踏板３２の下面であってヒンジ３６の上方の位置に相当する部分には、ストッパ３７が固定されている。蹴込板３３の上端部とストッパ３７とは、図示しない永久磁石等により着脱可能である。蹴込板３３は、ヒンジ３６を回転の中心として、下方の段部３４側に約９０°回転して、踏板３２にほぼ平行な位置Ｐ１まで回転（移動）することができる。一方で、蹴込板３３は、ストッパ３７により上方の段部３４（不図示）側に回転するのが規制される。
蹴込板３３が踏板３２に対してヒンジ３６周りに位置Ｐ１まで回転移動することで、段部３４に開口部３４ａが形成される。

複数の二次電池１１は、厚さ方向Ｚに重ねられて上下方向に隣り合う踏板３２の間に形成される収容室Ｓ１内に配置されている。この例では、複数の二次電池１１は、厚さ方向Ｚが上下方向に沿い、収容室Ｓ１から開口部３４ａに向かう複数の二次電池１１の取出し方向Ｘ１と厚さ方向Ｚとが直交（交差）するように収容室Ｓ１内に収容されている。この取出し方向Ｘ１は、シート状に形成された各二次電池１１の主面１１ａに沿う方向である。
複数の二次電池１１のタブは、図示はしないが、配線（電気接続部）及びパワーコンディショナー（電気機器）を介して太陽光発電装置１１１に接続される。パワーコンディショナーは、直流電圧（電流）を交流電圧に変換したり、電圧の大きさを調節したりする。パワーコンディショナーは、家屋１０１の壁１０７等に設けられたコンセントに接続される。
すなわち、使用者は、家屋１０１内に設けられた電気機器及び電気接続部に、二次電池１１の端子を接続させて蓄電池システム１を用いる。

このように構成された蓄電池システム１は、太陽光発電装置１１１で発電した電力を複数の二次電池１１に貯える。そして、太陽光発電装置１１１で発電した電力、又は複数の二次電池１１に貯えた電力は、直流（ＤＣ）電圧としてパワーコンディショナーに送られる。パワーコンディショナーは、直流電圧を適宜交流電圧に変換して、コンセントに供給する。コンセントには、冷蔵庫等の電気製品が接続され、電気製品の動力として電力が使用される。
なお、電気製品が直流電圧で駆動する場合には、二次電池１１に貯えた電力を電気製品に直接供給してもよいし、ＤＣ／ＤＣ変換をしてから電気製品に供給してもよい。
一定の期間蓄電池システム１を使用したら、メンテナンスや交換のために収容室Ｓ１内から所望の二次電池１１を取出す。このとき、蹴込板３３を位置Ｐ１まで回転させ、収容室Ｓ１内から開口部３４ａを通して二次電池１１を取出す。このとき、複数の二次電池１１が重ねられる厚さ方向Ｚと取出し方向Ｘ１とが直交する。複数の二次電池１１のうち一部を取出す際に、この一部の二次電池１１に対する取出し方向Ｘ１側に残部の二次電池１１がないため、残部の二次電池１１が取出しの支障となりにくい。

メンテナンスが終わった二次電池１１や新しい二次電池１１は、取出し方向Ｘ１と逆方向に移動され、開口部３４ａを通して収容室Ｓ１内に挿入される。蹴込板３３を鉛直方向に沿って延びる位置に戻し、二次電池１１のメンテナンスや交換が終了する。

以上説明したように、本実施形態の蓄電池システム１によれば、階段３１には開口部３４ａが形成されているため、この開口部３４ａを通して二次電池１１を階段３１の外部に取出すことができる。
複数の二次電池１１は、複数の二次電池１１の取出し方向Ｘ１と厚さ方向Ｚとが直交するように収容室Ｓ１内に収容されている。したがって、複数の二次電池１１のうち一部を取出す際に、残部の二次電池１１が支障となりにくくすることができる。
階段３１において、踏板３２に対して蹴込板３３を回転させて開口部３４ａを形成し、二次電池１１を取出すことができる。
階段３１におけるデッドスペースである収容室Ｓ１を利用して二次電池１１を設置することで、家屋１０１におけるスペース効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４に示すように、本実施形態の蓄電池システム２は、ソファー（家具）４１と、ソファー４１内に収容された前述の複数の二次電池１１と、を備えている。

ソファー４１は、使用者が着座する座部４２と、座部４２を下方から支持する支持部４３と、座部４２よりも後方に配置された背もたれ部４４と、を有する。なお、座部４２は位置Ｐ２に配置されたときに、支持部４３に支持される。
座部４２は、ウレタンや木材等で形成され、使用者が着座したときのクッション性を高めている。支持部４３は、木材や金属等により上方が開口部４３ａとなる箱状に形成されている。
座部４２が支持部４３上の位置Ｐ２に配置されることで開口部４３ａが封止されるとともに、座部４２が支持部４３に対して位置Ｐ２から位置Ｐ３に移動することで、開口部４３ａが形成される。
背もたれ部４４は座部４２と同様にウレタンや木材等で形成され、支持部４３から上方に延びている。

複数の二次電池１１は、支持部４３内に形成される収容室Ｓ２内に厚さ方向Ｚに重ねられた状態で配置される。この場合、厚さ方向Ｚは水平面に沿う方向となる。収容室Ｓ２から開口部４３ａに向かう複数の二次電池１１の取出し方向Ｘ１は上方となり、取出し方向Ｘ１は厚さ方向Ｚに直交する。

このように構成された本実施形態の蓄電池システム２によれば、ソファー４１から二次電池１１を取出しやすくすることができる。
なお、ソファー４１は椅子であるとしてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図５に示すように、本実施形態の蓄電池システム３は、押入れ（内装）５１と、押入れ５１内に収容された前述の複数の二次電池１１と、を備えている。
押入れ５１の敷居５２上で一対のふすま５３を移動させて片側に寄せると、押入れ５１に開口部５１ａが形成される。

この例では、押入れ５１の収容室Ｓ３内に、上方が開口した収容ケース５５が配置されている。収容ケース５５は、プラスチック等の電気的絶縁性を有する材料で形成されている。複数の二次電池１１は、収容ケース５５内に厚さ方向Ｚに重ねられた状態で配置される。この場合、厚さ方向Ｚは水平面に沿う方向となり、二次電池１１の取出し方向Ｘ１は上方となる。
収容ケース５５には、端子５６が設けられている。それぞれの二次電池１１のタブは、端子５６に接続されている。この端子５６は、図示はしないが、押入れ５１内の壁に設けられた接続端子に接続されている。接続端子は、配線を介してパワーコンディショナーに接続されている。

このように構成された本実施形態の蓄電池システム３によれば、押入れ５１から二次電池１１を開口部５１ａを通して取出しやすくすることができる。
なお、本実施形態では、収容ケース５５は上方に向かうにしたがって内径が大きくなるテーパー状に構成してもよい。このように構成することで、収容ケース５５内に収容された二次電池１１を上方に取出しやすくなる。
収容ケースを金属等の導体で形成し、この収容ケースに二次電池１１のタブ及び配線をそれぞれ接続してもよい。この場合、収容ケースがパワーラインになる。収容ケースに電位を生じさせることで、収容ケースにサビ等が生じることを抑制することができる。
収容ケース５５を用いずに、押入れ５１に複数の二次電池１１を直接収容してもよい。

以上、本発明の第１実施形態から第３実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態から第３実施形態では、家具又は内装内に収容される二次電池１１の数は特に限定されず、１枚でもよいし２枚以上でもよい。
家具又は内装に、二次電池１１を支持する支持部材を取付け、この支持部材に二次電池１１を取付けてもよい。二次電池１１は比較的重い場合があるため、例えば金属で板状や棒状に形成された支持部材を家具又は内装に取付けることで、家具又は内装が二次電池１１の重さに耐えやすくすることができる。この場合、支持部材に接続端子を設け、支持部材に二次電池１１を取付けたときに、支持部材の接続端子に二次電池１１のタブが接続されるように構成してもよい。
また、二次電池１１が貯えた電力を、金属製の支持部材を通して配線等に供給してもよい。すなわち、二次電池１１のタブが支持部材を通して配線等に電気的に接続されるように構成する。この場合、支持部材がパワーラインになる。

上記の他、下記のように構成してもよい。
・二次電池１１を太陽光発電装置と一体に構成する。
・二次電池１１を重りとして用いて、耐震装置を構成する。この場合、耐震装置は、例えば家屋１０１の揺れを検出する装置と、検出した揺れの位相と逆位相となるように二次電池１１を移動させる駆動装置と、を有する。耐震装置は、屋根裏の梁の上に設けることが好ましい。
・熱を発生する他の機器に二次電池１１を取付けた構成とする。リチウムイオン二次電池は、例えば外気温度が−２０℃よりも低い場合に動作しにくくなる。このため、冬場等の外気温度が低い場合に、他の機器が発生した熱で二次電池１１を加熱する。これにより、本来他の機器が捨てるエネルギーを二次電池１１を加熱するエネルギーとして活用することができる。
・外気温度が低い場合の対策として、蓄電池システムが断熱機能を有していてもよい。断熱機能は、例えば二次電池１１の周囲に蓄熱機能を有する部材を配置することで達成される。

・蓄電池システムが制御回路と、メモリと、入力部と、表示部と、を備えた構成にする。この場合、二次電池１１が使用された履歴データをメモリに記憶する。必要に応じて使用者が入力部から指示を出したときに、表示部に履歴データを表示してもよい。二次電池１１の状態が正常か異常かを制御回路が検出して、必要に応じて表示部に表示してもよい。
さらに、蓄電池システムの入力部及び表示部が持ち運び可能なコントローラを構成し、このコントローラが制御回路と無線通信により通信可能としてもよい。このように構成することで、二次電池１１から離れた場所で、二次電池１１の履歴データや、二次電池１１の異常をコントローラの表示部で確認することができる。また、制御回路が異常を検出したときに、蓄電池システムの保守会社にこの異常を通知してもよい。

・蓄電池システムの二次電池１１と、家屋１０１のコンセント（配線）との電力のやりとりは、コネクタ等により電気的に直接接続してもよいし、電磁誘導方式により間接的に電気的に接続して行ってもよい。間接的に電気的に接続する方法としては、例えば電気自動車（ＥＶ）に用いられる急速充電方法であるＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）等が好適に用いられる。
間接的に電気的に接続するワイヤレス給電装置は、例えばカーポート等に設置される。

１、２、３ 蓄電池システム
１１ リチウムイオン二次電池（蓄電池）
３１ 階段（内装）
３２ 踏板
３３ 蹴込板
３４ａ、４３ａ、５１ａ 開口部
４１ ソファー（家具）
５１ 押入れ（内装）
Ｘ１ 取出し方向
Ｚ 厚さ方向

Claims (2)

1. 内装としての押入れと、
   前記押入れ内に収容された蓄電池と、
   複数の前記蓄電池を収容し、上方から前記蓄電池を取出し可能な収容ケースと、
   を備え、
   前記押入れには、前記蓄電池を取出し可能な開口部が形成され、
   前記押入れ内の壁には接続端子が設けられ、
   前記収容ケースの側面には複数の前記蓄電池が接続された端子が設けられ、
   前記端子は、前記接続端子に接続されることを特徴とする蓄電池システム。
2. 前記蓄電池はシート状に形成されて複数備えられ、
   前記複数の蓄電池は、前記蓄電池の厚さ方向に重ねられ、
   前記複数の蓄電池は、前記厚さ方向と、前記複数の蓄電池の取出し方向とが交差するように収容されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池システム。

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