WO2015040655A1

WO2015040655A1 - スイッチング装置および蓄電池システム

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Publication number: WO2015040655A1
Application number: PCT/JP2013/005571
Authority: WO
Inventors: 久保　守; 岡本　一晃
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-03-26

Abstract

　スイッチング装置において、電磁接触器は、蓄電池ユニット２１０と接続可能な電流経路２５７上に配置され、電流経路２５７を電気的に接続または切断する。制御部２７０は、（１）電磁接触器が電流経路２５７を接続している場合において電流経路２５７を切断させることを指示するための切断信号を電磁接触器に出力するときは、起動したまま切断信号を出力する。制御部２７０は、（２）電磁接触器が電流経路２５７を切断している場合において電流経路２５７を接続させることを指示するための接続信号を電磁接触器に出力する前に再起動する。

Description

スイッチング装置および蓄電池システム

　本発明は、蓄電池と接続する電流経路を開閉するスイッチング装置および蓄電池システムに関する。

　蓄電池と系統電源とを負荷に並列に接続し、系統電源の停電時に備えて負荷で消費される電力のバックアップとして蓄電池を用いる技術が開発されている。このような技術の中には、大容量および大出力を要するシステムのバックアップ電源として、多数の蓄電池を含む蓄電池システムを備えるものも存在する。このような蓄電池システムにおいては、多数の蓄電池を設置して運用されるが、このとき複数の蓄電池を並列に接続してひとつの電池群を構成し、さらに電池群を直列に接続することにより、大容量および大出力を実現する場合がある。

特開２０１３－７０４４１号公報特開２０１３－１１８７８６号公報

　一般に蓄電システムにおいて蓄電池の出力を遮断するためにブレーカが用いられる。しかしながら、上述のような大容量および大出力の電力の遮断には、第三者機関による認証されたブレーカが存在しない場合や、高コストとなる場合もあり得る。

　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、電力を遮断するためのブレーカの代替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スイッチング装置は、蓄電池と接続可能な電流経路上に配置され、電流経路を電気的に接続または切断する電磁接触器と、電磁接触器の動作を制御する制御部とを備える。制御部は、（１）電磁接触器が電流経路を接続している場合において電流経路を切断させることを指示するための切断信号を電磁接触器に出力するときは、起動したまま切断信号を出力し、（２）電磁接触器が電流経路を切断している場合において電流経路を接続させることを指示するための接続信号を電磁接触器に出力する前に再起動する。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電池システムは、蓄電池と、蓄電池と接続可能な電流経路と、電流経路上に配置され、電流経路を電気的に接続または切断する電磁接触器と、電磁接触器の動作を制御する制御部とを備える。制御部は、（１）前記電磁接触器が電流経路を接続している場合において前記電流経路を切断させることを指示するための切断信号を前記電磁接触器に出力するときは、起動したまま切断信号を出力し、（２）前記電磁接触器が前記電流経路を切断している場合において前記電流経路を接続させることを指示するための接続信号を前記電磁接触器に出力する前に再起動する。

　本発明によれば、電力を遮断するためのブレーカの代替技術を提供することができる。

実施の形態に係る配電システムを模式的に示す図である。実施の形態に係る蓄電池システムの外観の一例を模式的に示す図である。実施の形態に係る蓄電池収容棚の外観を示す斜視図である。蓄電池を収容した状態の蓄電池収容棚を示す図である。実施の形態に係るスイッチモジュールの回路構成を模式的に示す図である。実施の形態の変形例に係るスイッチモジュールの回路構成を模式的に示す図である。

　図１は、本発明の実施の形態に係る配電システム１００を模式的に示す図である。実施の形態に係る配電システム１００は、複数の蓄電池を含む蓄電池コンテナ２００、再生可能エネルギーの発電装置である太陽電池３００、双方向パワーコンディショナ４００、系統電源５００、負荷６００を含む。

　系統電源５００は、電力会社からの電力を供給するための交流電源である。太陽電池３００は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する発電装置である。太陽電池３００として、シリコン太陽電池、さまざまな化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感型（有機太陽電池）等が使用される。なお、配電システム１００は、太陽電池３００に代えて、あるいはこれに加えて、図示しない燃料電池や風力発電、マイクロ水力発電を備えてもよい。風力発電やマイクロ水力発電が発電する電力は一般に交流発電であるため、配電システム１００が風力発電を備える場合、双方向パワーコンディショナ４００に出力する前にＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を設置する。

　蓄電池コンテナ２００は、所定数の蓄電池を含む蓄電池ユニット２１０を複数備える。図１に示す例では、第１蓄電池ユニット２１０ａ、第２蓄電池ユニット２１０ｂ、第３蓄電池ユニット２１０ｃ、第４蓄電池ユニット２１０ｄまでの４つの蓄電池ユニット（以下、特に区別する場合を除き、単に「蓄電池ユニット２１０」と総称する。）が示されている。各蓄電池ユニット２１０は、それぞれ蓄電池を管理する第１蓄電池管理部２６０ａ、第２蓄電池管理部２６０ｂ、第３蓄電池管理部２６０ｃ、および第４蓄電池管理部２６０ｄ（以下、特に区別する場合を除き、単に「蓄電池管理部２６０」と総称する。）を備える。蓄電池コンテナ２００はまた、各蓄電池管理部２６０を統括的に制御するためのマスター蓄電池管理部２２０を備える。

　蓄電池コンテナ２００はさらに、各蓄電池ユニット２１０と双方向パワーコンディショナ４００との間の電流経路をそれぞれ遮断可能な第１スイッチモジュール２５０ａ、第２スイッチモジュール２５０ｂ、第３スイッチモジュール２５０ｃ、および第４スイッチモジュール２５０ｄを備える。以下、特に区別する場合を除き、これらを「スイッチモジュール２５０」と総称する。

　実施の形態に係る蓄電池管理部２６０は、蓄電池ユニット２１０を管理する。ひとつの蓄電池ユニット２１０、スイッチモジュール２５０、および蓄電池管理部２６０を単位として、ひとつの蓄電池システムを構成する。蓄電池システムの詳細は後述する。

　双方向パワーコンディショナ４００は、一端において蓄電池コンテナ２００および太陽電池３００と接続するとともに、他端において系統電源５００と接続する。双方向パワーコンディショナ４００は双方向インバータ４１０を備え、制御部４２０の制御の下、太陽電池３００が発電した電力、または蓄電池コンテナ２００が放電した電力である直流電力を交流電力に変換するとともに、系統電源５００からの交流電力を直流電力に変換する。

　第１ＤＣ／ＤＣコンバータ４３０ａは、スイッチモジュール２５０ａと双方向パワーコンディショナ４００との間の導電経路中に設置される。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４３０ｂは、第２スイッチモジュール２５０ｂと双方向パワーコンディショナ４００との間の導電経路中に設置される。第３ＤＣ／ＤＣコンバータ４３０ｃおよび第４ＤＣ／ＤＣコンバータ４３０ｄも同様に、それぞれ、第３スイッチモジュール２５０ｃと双方向パワーコンディショナ４００、および第４スイッチモジュール２５０ｄと双方向パワーコンディショナ４００との間に設置される。以下、特に区別する場合を除き、これらのＤＣ／ＤＣコンバータを「ＤＣ／ＤＣコンバータ４３０」と総称する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４３０は、双方向パワーコンディショナで変換された直流電力を昇圧あるいは降圧し、複数の蓄電池に充放電を行わせる。

　双方向パワーコンディショナ４００はまた、太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ４４０を備え、太陽電池３００が発電した電力を変換して双方向インバータ４１０に出力する。双方向パワーコンディショナ４００を用いることにより、各蓄電池ユニット２１０の電力や太陽電池３００が発電した電力を系統電源５００と連携して負荷６００に供給することができる。また、系統電源５００が停電した場合には、各蓄電池ユニット２１０の電力や太陽電池３００が発電した電力を、系統電源５００のバックアップとして負荷６００に供給することができる。

　図２は、実施の形態に係る蓄電池システム２４０の外観の一例を模式的に示す図である。蓄電池システム２４０は、蓄電池ユニット２１０、スイッチモジュール２５０、および蓄電池管理部２６０を備える。蓄電池ユニット２１０は、７０個の蓄電池パック２１２を含む。各蓄電池パック２１２は、充電可能な２次電池である。蓄電池パック２１２は、例えばリチウムイオン２次電池によって実現される。

　蓄電池パック２１２は、双方向パワーコンディショナ４００によって直流電力に変換された、系統電源５００の電力によって充電される。蓄電池管理部２６０は、各蓄電池パック２１２の充電状態（State Of Charge；ＳＯＣ）や温度、電圧、電流等、蓄電池パック２１２の様々な物理量を測定するとともに、特定した物理量を双方向パワーコンディショナ４００に提供する。蓄電池管理部２６０は、蓄電池パック２１２を冷やすためのファンを制御して蓄電池パック２１２を冷やしたりする等の制御も行う。

　図２において、符号２１２で示す矩形がひとつの蓄電池パック２１２である。図示はしないが、実施の形態における蓄電池パック２１２は、円筒型電池を１３直２４並列に接続された構成である。煩雑となることを避けるために全てには符号を付していないが、符号２１２で示す矩形と同様の矩形は全て蓄電池パック２１２を示している。図２に示すように、蓄電池ユニット２１０は、第１蓄電池収容棚２１４ａから第５蓄電池収容棚２１４ｅまでの５つの蓄電池収容棚２１４を備える。各蓄電池収容棚２１４は、５つの蓄電池パック２１２を収容可能な収容空間を、鉛直方向に３つ備える。したがって、蓄電池収容棚２１４はひとつで最大５×３＝１５個の蓄電池パック２１２を収容できる。ここで実施の形態に係る蓄電池ユニット２１０は、ひとつの蓄電池収容棚２１４が備えるひとつの収容空間に、蓄電池パック２１２に替えてスイッチモジュール２５０および蓄電池管理部２６０を収容している。このため、全体として１４×５＝７０個の蓄電池パック２１２を収容する。

　実施の形態に係る蓄電池パック２１２は、ひとつあたり１．８ｋＷｈの電力量である。このため、蓄電池ユニット２１０の全体の電力量は、１．８ｋＷｈ×７０＝１２６ｋＷｈとなる。蓄電池コンテナ２００は４つの蓄電池ユニット２１０を備えるため、実施の形態に係る配電システム１００は全体として１２６ｋＷｈ×４＝５０４ｋＷｈの電力量となる。なお、太陽電池３００の発電量は２５０ｋＷである。

　図３は、実施の形態に係る蓄電池収容棚２１４の外観を示す斜視図であり、蓄電池パック２１２または蓄電池管理部２６０を収容していない空の状態の蓄電池収容棚２１４を図示している。図３に示すように、蓄電池収容棚２１４は、ひとつの収容空間と別の収容空間との間に、収容空間を区分けするための第１仕切部２１６ａ、第２仕切部２１６ｂおよび第３仕切部２１６ｃを備える。

　蓄電池収容棚２１４の各収容空間は、蓄電池パック２１２をＹ方向に５つ並べて収容することができる。図４は、蓄電池パック２１２を収容した状態の蓄電池収容棚２１４を示す図である。図４に示すように、蓄電池パック２１２は収容空間にちょうど収まるように収容空間のＹ方向の長さが設定されている。

　以上説明したように、実施の形態に係る蓄電池ユニット２１０は１２６ｋＷｈの電力量があり、出力も大きい。このため、蓄電池ユニット２１０の出力に適合したブレーカの入手が難しかったり、コストアップとなったりすることも想定される。なお、ブレーカ（遮断器；Circuit Breaker）とは、電力回路に短絡等が生じることで過大電流が流れた場合に、その過大電流を遮断することで電力回路を保護するものをいう。このため実施の形態に係るスイッチモジュール２５０は、ブレーカの機能を電磁接触器を制御することで代替する。以下、実施の形態に係るスイッチモジュール２５０について説明する。

　図５は、実施の形態に係るスイッチモジュール２５０の回路構成を模式的に示す図である。スイッチモジュール２５０は、蓄電池ユニット２１０の正極端子と接続する第１電流経路２５７ａと、負極端子と接続する第２電流経路２５７ｂとを含む電流経路（以下、第１電流経路２５７ａと第２電流経路２５７ｂとを特に区別する場合を除き、単に「電流経路２５７」と総称する。）を備える。以下図５を参照しながら、スイッチモジュール２５０内の電機部品の接続関係について説明する。

　第１電流経路２５７ａ上には第１電流経路２５７ａを電気的に接続または切断する第１電磁接触器２５１が接続される。同様に、第２電流経路２５７ｂ上には第１電流経路２５７ａを電気的に接続または切断する第２電磁接触器２５２が接続される。第２電流経路２５７ｂは接地されている。

　ここで電磁接触器（マグネットコンタクタ；Electromagnetic Contactor）は、電磁石の動作を利用して電流経路を開閉する電機部品のことを言う。より具体的に、電磁接触器は、通常状態ではバネ等の付勢力によって接触子が電流経路を接続しているが、電磁石に電力が供給されると付勢力よりも大きな磁力によって接触子が電磁石に引き寄せられ、電流経路が切断される。電磁接触器は電磁石への通電の有無で電流経路を開閉できるため、例えば遠隔操作での電気回路の開閉や自動開閉等に利用される。

　第１電流経路２５７ａ上にはさらに、第１電磁接触器２５１と直列に接続する第３電磁接触器２５３が接続されている。同様に、第２電流経路２５７ｂ上にはさらに、第２電磁接触器２５２と直列に接続する第４電磁接触器２５４が接続されている。

　第１電流経路２５７ａ上において、第１電磁接触器２５１と第３電磁接触器２５３との間には第１ノードＮ１が存在する。また第２電流経路２５７ｂ上において、第２電磁接触器２５２と第４電磁接触器２５４との間には第２ノードＮ２が存在する。第１ノードＮ１と第２ノードＮ２とを結ぶ経路上に、電圧センサ２５５が接続されている。

　第１電流経路２５７ａ上において、第３電磁接触器２５３と蓄電池ユニット２１０の正極端子との間に第３ノードＮ３が存在する。また第２電流経路２５７ｂ上において、第４電磁接触器２５４と蓄電池ユニット２１０の負極端子との間に第４ノードＮ４が存在する。第４ノードＮ４と蓄電池ユニット２１０の負極端子との間には、第２電流経路２５７ｂを流れる電流を計測するとともに、第３ノードＮ３と第４ノードＮ４との間の電圧を計測する電流電圧センサ２５６が接続されている。

　第１電流経路２５７ａ上において、第１電磁接触器２５１と双方向パワーコンディショナ４００との間には第１ヒューズ２５８ａが接続されている。また第２電流経路２５７ｂ上において、電流電圧センサ２５６と蓄電池ユニット２１０の負極端子との間には第２ヒューズ２５８ｂが接続されている。

　以上、スイッチモジュール２５０内の電機部品の接続関係について説明した。続いて、スイッチモジュール２５０の動作について説明する。

　スイッチモジュール２５０は、各電磁接触器を開閉することで、蓄電池ユニット２１０と双方向パワーコンディショナ４００との間の電流経路を開閉可能である。実施の形態に係るスイッチモジュール２５０において、スイッチモジュール２５０内の各電磁接触器の開閉は、基本的に蓄電池管理部２６０の制御部２７０によって制御される。したがって、スイッチモジュール２５０と蓄電池管理部２６０とによって、蓄電池ユニット２１０の接続を制御するスイッチング装置を構成する。

　なお、スイッチモジュール２５０内の各電磁接触器の開閉を制御する制御部は蓄電池管理部２６０内にある場合に限られない。例えばスイッチモジュール２５０内にあってもよいし、マスター蓄電池管理部２２０内にあってもよい。前者の場合、スイッチモジュール２５０は単独で蓄電池ユニット２１０の接続を制御するスイッチング装置を構成する。後者の場合、スイッチモジュール２５０とマスター蓄電池管理部２２０とがスイッチング装置を構成する。この他、電磁接触器の開閉を制御する制御部は双方向パワーコンディショナ４００中にあってもよいし、単独で存在してもよい。

　ブレーカは一般に、電流経路に過大電流が流れると自動的にブレーカトリップして電流経路を遮断する。一方、ひとたびブレーカトリップすると自動で復帰することはなく、ユーザが手動で復帰する必要がある。そこで実施の形態に係る制御部２７０は、電磁接触器が電流経路２５７を切断している場合において電流経路２５７を接続させることを指示するための信号（以下、「接続信号」という。）を電磁接触器に出力する前に再起動する。言い換えると、制御部２７０は、再起動した後でなければ、接続信号を電磁接触器に出力しないように構成されている。なお、接続信号の出力とは、具体的には電磁接触器内の電磁石に電力を供給させるための信号である。この結果、電磁接触器内の接触子を電流経路から離れ、電流経路が遮断される。

　制御部２７０は、例えばマイコン等の演算器を用いて実現されており、再起動にはユーザの明示的な指示を要する。したがって、制御部２７０が接続信号を電磁接触器に出力するためにはユーザの明示的な指示を要することになる。これは、ひとたびブレーカトリップしたブレーカはユーザが手動で復帰する必要があることと対応する。

　一方、制御部２７０は、第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２が電流経路２５７を接続している場合において電流経路２５７を切断させることを指示するための信号（以下、「切断信号」という。）を各電磁接触器に出力するときは、再起動を要さず起動したまま切断信号を出力する。これはブレーカが自動でブレーカトリップすることと対応する。

　なお、制御部２７０は再起動をすることなく接続信号を出力することも技術的に可能である。しかしながら、実施の形態に係るスイッチモジュール２５０は、制御部２７０と第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２との組み合わせでブレーカの代替手段を構成するために、再起動した後でなければ、制御部２７０は接続信号を出力しないように構成されている。ここで、他の実施の形態として、ユーザは遠隔操作によって制御部２７０を再起動させることもできる。したがって、他の実施の形態においては、ブレーカの場合とは異なり、制御部２７０が設置されている場所にユーザが実際に赴くことなく、遮断された電流経路を復帰させることができる。

　制御部２７０は、蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知した場合、切断信号を出力する。ここで「異常を示唆する信号」とは、蓄電池ユニット２１０を構成する各々の蓄電池パック２１２からの緊急停止信号であり、例えば蓄電池パック２１２の過放電を示唆する信号、蓄電池パック２１２の過充電を示唆する信号、蓄電池パック２１２の温度に関する信号、蓄電池パック２１２が過電圧であることを示唆する信号、および電流経路２５７を流れる電流が過電流であることを示唆する信号である。
　また、「異常を示唆する信号」としては、この他、蓄電池管理部２６０に設けられた緊急停止スイッチ２８０がオフになったことで発信される信号およびマスター蓄電池管理部２２０からの停止信号等もある。

　各々の蓄電池パック２１２の制御部（図示せず）は、各々の蓄電池パック２１２が過放電であるか否か、および各々の蓄電池パック２１２が過充電であるか否かを、各々の蓄電池パック２１２から取得した蓄電池の電圧や電流から算出する。より具体的に、各々の蓄電池パック２１２の制御部は算出した各々の蓄電池パック２１２の蓄電量が、過充電か否かを判定するために定められた過充電閾値以上の場合、過充電を示唆する異常信号と判定する。また各々の蓄電池パック２１２の制御部は、ＳＯＣ算出部から取得した各々の蓄電池パック２１２の蓄電量が、過放電か否かを判定するために定められた過放電閾値以下の場合、過放電を示唆する異常信号と判定する。過充電閾値や過放電閾値は各々の蓄電池パック２１２の特性等を考慮して定めればよいが、例えばそれぞれ９８％、２０％である。

　各々の蓄電池パック２１２の制御部は、各々の蓄電池パック２１２の温度に関する信号を、各々の蓄電池パック２１２内の図示しない温度センサから取得する。より具体的に、各々の蓄電池パック２１２の制御部は、温度センサから取得した温度が高温異常か否かを判定するために定められた高温閾値温度以上の場合、高温異常を示唆する信号と判定し、低温異常か否かを判定するために定められた低温閾値温度以下の場合、低温異常を示唆する信号と判定する。

　各々の蓄電池パック２１２の制御部は、各々の蓄電池パック２１２が過電圧であることを示唆する信号、および電流経路２５７を流れる電流が過電流であることを示唆する信号を、各々の蓄電池パック２１２内の電流電圧センサから取得する。より具体的に、各々の蓄電池パック２１２の制御部は、電流電圧センサから取得した電圧値が過電圧であるか否かを判定するために定められた過電圧閾値以上の場合、過電圧異常を示唆する信号と判定する。各々の蓄電池パック２１２の制御部は同様に、電流電圧センサから取得した電流値が過電流であるか否かを判定するために定められた過電流閾値以上の場合、過電流異常を示唆する信号と判定する。

　なお、高温閾値温度、低温閾値温度、過電圧閾値、および過電流閾値の具体的な値は、蓄電池パック２１２の特性等を考慮して実験により定めればよい。

　マスター蓄電池管理部２２０は、双方向パワーコンディショナ４００と通信し、双方向パワーコンディショナ４００から取得した制御信号をもとに各蓄電池管理部２６０の動作を制御する。このため、マスター蓄電池管理部２２０は、双方向パワーコンディショナ４００の動作不良または双方向パワーコンディショナ４００との間の通信経路に異常が生じることで双方向パワーコンディショナ４００と通信できなくなると、ＯＲ回路２６４を介して第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２に切断信号を出力する。これにより、蓄電池ユニット２１０と双方向パワーコンディショナ４００との間を電気的に遮断する。またユーザが緊急停止スイッチ２８０を押下すると、ＯＲ回路２６４を介して第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２に切断信号が直接出力され、蓄電池ユニット２１０と双方向パワーコンディショナ４００との間が電気的に遮断される。

　このように、制御部２７０は、蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知した場合第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２の開閉制御を実行する。また、第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２は、緊急停止スイッチのオフによる信号、マスター蓄電池管理部２２０からの停止信号、および蓄電池ユニット２１０を構成する各々の蓄電池パック２１２からの緊急停止信号によって、遮断される。また、マスター蓄電池管理部２２０における停止信号は、設備内の消火装置の作動を通知する信号を受信することで発信される。

　また、緊急停止スイッチのオフによる信号、マスター蓄電池管理部２２０からの停止信号、および蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知しない通常時には、制御部２７０は、第３電磁接触器２５３または第４電磁接触器２５４の開閉制御を実行し、蓄電池ユニット２１０の充放電制御のために遮断、通電等を切り替える。通常時の制御では、制御部２７０は、第３電磁接触器２５３および第４電磁接触器２５４の再接続に再起動を要しない。

　第１電磁接触器２５１および第３電磁接触器２５３は第１電流経路２５７ａに接続されており、いずれも第１電流経路２５７ａを電気的に遮断するために用いられる。そこで、制御部２７０は、第１電磁接触器２５１と第３電磁接触器２５３とのいずれか一方が、例えば接点溶着等の理由で第１電流経路２５７ａの遮断ができなくなった場合、もう一方の電磁接触器に切断信号を出力する。

　例えば、制御部２７０が第１電磁接触器２５１に切断信号を出力したとする。第１電磁接触器２５１が正常に動作し第１電流経路２５７ａを電気的に遮断できれば、第１電磁接触器２５１より制御部２７０に遮断状態を示す信号が通知される。しかしながら、第１電磁接触器２５１が接点溶着等の理由で通電状態を維持すると、第１電磁接触器２５１より制御部２７０に遮断できていない状態を示す信号が通知される。

　そこで制御部２７０は第１電磁接触器２５１に対する切断信号の出力の前後における第１電磁接触器２５１からの信号によって第１電磁接触器２５１の動作状態を判断する。第１電磁接触器２５１に対する切断信号の出力の前後において第１電磁接触器２５１からの信号によって、第１電磁接触器が遮断されていない状態の場合、制御部２７０は、ＯＲ回路２６４を介して第３電磁接触器２５３に切断信号を出力する。これにより、万が一第１電磁接触器２５１が動作不良となっても、第１電流経路２５７ａを電気的に遮断することができる。

　第２電磁接触器２５２および第４電磁接触器２５４は第２電流経路２５７ｂに接続されており、いずれも第２電流経路２５７ｂを電気的に遮断するために用いられる。したがって、第１電流経路２５７ａにおける第１電磁接触器２５１および第３電磁接触器２５３の場合と同様に、第２電磁接触器２５２または第４電磁接触器２５４のいずれか一方が接点溶着した場合もう一方に対して切断信号を出力する。

　このように、緊急停止スイッチのオフによる信号、マスター蓄電池管理部２２０からの停止信号、および蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知した場合における制御部２７０は、第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２の開閉制御を基本とするが、これらの電磁接触器に動作不良が生じた場合は第３電磁接触器２５３や第４電磁接触器２５４の開閉を制御することで、電流経路２５７の電気的な遮断の確実性を高めることができる。

　制御部２７０は、緊急停止スイッチのオフによる信号、マスター蓄電池管理部２２０からの停止信号、および蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知した場合において、第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２に対して切断信号を出力するときは、まず第１電磁接触器２５１と第２電磁接触器２５２とのいずれか一方の電磁接触器に切断信号を出力し、続いてもう一方の電磁接触器に切断信号を出力してもよい。例えば、制御部２７０は、第１電磁接触器２５１に切断信号を出力した後に、第２電磁接触器２５２に切断信号を出力する。電流経路２５７の切断順序を明確にすることにより、電圧センサ２５５や電流電圧センサ２５６の計測値の変動が予想しやすくなり、各電磁接触器の動作状態を推測しやすくなる。
　また、第１電流経路２５７ａに設けられた第１電磁接触器２５１と第２電流経路２５７ｂに設けられた第２電磁接触器２５２とがそれぞれ配置されている。第１電磁接触器２５１と第２電磁接触器２５２とがそれぞれ配置され、両者を遮断することで、遮断した際の第１電流経路２５７ａおよび第２電流経路２５７ｂの両方の経路における安全性を確保することができる。

　電磁接触器は一般に極性を持たないものが多く、極性を意識せずに電流経路に接続できる場合が多い。しかしながら、上述したように、実施の形態に係る蓄電池ユニット２１０は大容量であり、大出力が可能である。実施の形態に係る蓄電池ユニット２１０の出力を遮断するのに適した電磁接触器は、極性を持つものが多い。そこで、第１電磁接触器２５１、第２電磁接触器２５２、第３電磁接触器２５３、および第４電磁接触器２５４はそれぞれ、単独の電磁接触器ではなく、極性の異なったふたつ電磁接触器を並列に接続して構成してもよい。これにより、各電磁接触器の遮断精度を高めることができる。

　以上説明したように、実施の形態に係るスイッチモジュール２５０および制御部２７０から構成されるスイッチング装置によれば、電力を遮断するためのブレーカの代替技術を提供することができる。

　一般にブレーカは過大電流の遮断を目的とするが、実施の形態に係るスイッチング装置はブレーカの機能を電磁接触器と制御部との組み合わせで代替することで、過大電流以外の種々の異常を示唆する信号を契機として電流経路を遮断することができる。また、ブレーカがブレーカトリップした場合と異なり、ユーザは遠隔操作によって電流経路を復帰することが可能となる。また、ブレーカを使用する場合と比較して省スペース化やコスト削減に資する。

　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。

（第１の変形例）
　上記では、マスター蓄電池管理部２２０が、双方向パワーコンディショナ４００との間の通信異常の場合に第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２に切断信号を送信する場合について説明した。配電システムの構成によっては、マスター蓄電池管理部２２０が存在しないことも想定される。そのようなシステム構成の場合、制御部２７０が双方向パワーコンディショナ４００と通信をする。制御部２７０は、双方向パワーコンディショナ４００との間の通信異常が生じた場合、第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２に切断信号を送信する。この意味で、双方向パワーコンディショナ４００との間の通信異常も、上述した「異常を示唆する信号」のひとつとして考えることもできる。

　また、マスター蓄電池管理部２２０が存在する場合であっても、制御部２７０がマスター蓄電池管理部２２０から通信異常を示唆する信号を受け取り、第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２に切断信号を送信してもよい。各電磁接触器の開閉制御を制御部２７０に一元化でき、開閉制御が単純化される点で効果がある。

　また各電磁接触器の開閉制御を制御部２７０に一元化する場合、制御部２７０は、通信異常を示唆する信号を受け取った場合に第３電磁接触器２５３および第４電磁接触器２５４に切断信号を出力するようにしもよい。この場合、第３電磁接触器２５３および第４電磁接触器２５４が動作不良のときには第１電磁接触器２５１および第２電磁接触器２５２に切断信号を送信する。各電磁接触器の開閉制御の順序が一元化されるので、開閉制御が単純化される点で効果がある。

（第２の変形例）
　上記では、電磁接触器は、通常状態ではバネ等の付勢力によって接触子が電流経路を接続しているが、電磁石に電力が供給されると付勢力よりも大きな磁力によって接触子が電磁石に引き寄せられ、電流経路が切断される場合について説明した。電磁接触器はこの場合に限られず、通常状態ではバネ等の付勢力によって接触子が電流経路から離れているが、電磁石に電力が供給されると付勢力よりも大きな磁力によって接触子が電磁石に引き寄せられ、電流経路と接続される種類の電磁接触器存在する。このような電磁接触器を用いても、本発明は成立する。

（第３の変形例）
　上記では、第１電流経路２５７ａ上に第１電磁接触器２５１と直列に接続する第３電磁接触器２５３が接続されるとともに、第２電流経路２５７ｂ上に第２電磁接触器２５２と直列に接続する第４電磁接触器２５４が接続されている場合について説明した。ここで、第１電流経路２５７ａと第２電流経路２５７ｂとがともに、ふたつの直列した電磁接触器を備えることは必ずしも必要ではない。少なくともいずれか一方の電流経路２５７上においてふたつの直列した電磁接触器を備えていればよい。

　上述したとおり、緊急停止スイッチのオフによる信号、マスター蓄電池管理部２２０からの停止信号、および蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知しない通常時には、制御部２７０は、第３電磁接触器２５３または第４電磁接触器２５４の開閉制御を実行し、蓄電池ユニット２１０の充放電制御のために遮断、通電を切り替える。このように、蓄電池ユニット２１０の充放電制御の利用が目的であれば、第３電磁接触器２５３と第４電磁接触器２５４とのうち少なくともいずれか一方において電流経路２５７を切断するだけでもよい。

　図６は、実施の形態の第３の変形例に係るスイッチモジュール２５０の回路構成を模式的に示す図である。図６に示す例は、図５に示す例と比較して、第２電流経路２５７ｂ上に第４電磁接触器２５４が接続されていない点で異なるが、他の構成は同様である。図６に示すように、第１電流経路２５７ａ上における第１電磁接触器２５１には、第３電磁接触器２５３が直列に接続されている。一方、第２電流経路２５７ｂ上における第２電磁接触器２５２に対して、いずれの電磁接触器も直列に接続されていない。

　第３の変形例に係る制御部２７０は、緊急停止スイッチのオフによる信号、マスター蓄電池管理部２２０からの停止信号、および蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知しない通常時には第３電磁接触器２５３の開閉を制御して、蓄電池ユニット２１０の充放電を制御する。また蓄電池ユニット２１０の異常を示唆する信号を検知した場合において、第１電磁接触器２５１とが接点溶着等の理由で第１電流経路２５７ａの遮断ができなくなった場合、第３電磁接触器２５３に対して切断信号を出力する。

　図６は、第１電流経路２５７ａ上において第１電磁接触器２５１と第３電磁接触器２５３とが直列に接続されている場合の例を示す図である。この他、第２電流経路２５７ｂ上における第２電磁接触器２５２に電磁接触器が直列に接続し、第１電磁接触器２５１にはいずれの電磁接触器も直列に接続されなくてもよい。

　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）
　蓄電池と接続可能な電流経路上に配置され、電流経路を電気的に接続または切断する電磁接触器と、
　前記電磁接触器の動作を制御する制御部とを備え、
　前記制御部は、
　（１）前記電磁接触器が電流経路を接続している場合において前記電流経路を切断させることを指示するための切断信号を前記電磁接触器に出力するときは、起動したまま切断信号を出力し、
　（２）前記電磁接触器が前記電流経路を切断している場合において前記電流経路を接続させることを指示するための接続信号を前記電磁接触器に出力する前に再起動する、
　ことを特徴とするスイッチング装置。
（項目２）
　前記制御部は、緊急停止スイッチのオフによる信号又はマスター蓄電池管理部２２０からの停止信号又は蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記切断信号を出力することを特徴とする項目１に記載のスイッチング装置。
（項目３）
　前記電磁接触器は、極性の異なったふたつ電磁接触器を並列に接続して構成されていることを特徴とする項目１または２に記載のスイッチング装置。
（項目４）
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスイッチング装置。
（項目５）
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備え、
　前記制御部は、蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記第１電磁接触器と前記第２電磁接触器とのいずれか一方の電磁接触器に切断信号を出力した後、もう一方の電磁接触器に切断信号を出力することを特徴とする項目１から４のいずれかに記載のスイッチング装置。
（項目６）
　前記第１電流経路上における前記第１電磁接触器か、または前記第２電流経路上における前記第２電磁接触器の少なくともいずれか一方の電磁接触器と直列に接続する第３電磁接触器をさらに備え、
　前記制御部は、前記第３電磁接触器と直列に接続する電磁接触器が接点溶着した場合、前記第３電磁接触器に対して切断信号を出力することを特徴とする項目５に記載のスイッチング装置。
（項目７）
　蓄電池の異常を示唆する信号は、蓄電池の過放電を示唆する信号、蓄電池の過充電を示唆する信号、蓄電池の温度に関する信号、蓄電池が過電圧であることを示唆する信号、および電流経路を流れる電流が過電流であることを示唆する信号の少なくとも１つを含むことを特徴とする項目２から５のいずれかに記載のスイッチング装置。
（項目８）
　蓄電池と、
　前記蓄電池と接続可能な電流経路と、
　前記電流経路上に配置され、電流経路を電気的に接続または切断する電磁接触器と、
　前記電磁接触器の動作を制御する制御部とを備え、
　前記制御部は、
　（１）前記電磁接触器が電流経路を接続している場合において前記電流経路を切断させることを指示するための切断信号を前記電磁接触器に出力するときは、起動したまま切断信号を出力し、
　（２）前記電磁接触器が前記電流経路を切断している場合において前記電流経路を接続させることを指示するための接続信号を前記電磁接触器に出力する前に再起動する、
　ことを特徴とする蓄電池システム。
（項目９）
　前記制御部は、緊急停止スイッチのオフによる信号又はマスター蓄電池管理部２２０からの停止信号又は蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記切断信号を出力することを特徴とする項目８に記載の蓄電池システム。
（項目１０）
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備えていることを特徴とする項目８または９に記載の蓄電池システム。
（項目１１）
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備え、
　前記制御部は、蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記第１電磁接触器と前記第２電磁接触器とのいずれか一方の電磁接触器に切断信号を出力した後、もう一方の電磁接触器に切断信号を出力することを特徴とする項目８から１０のいずれかに記載の蓄電池システム。

　Ｎ１　第１ノード、　Ｎ２　第２ノード、　Ｎ３　第３ノード、　Ｎ４　第４ノード、　１００　配電システム、　２００　蓄電池コンテナ、　２１０　蓄電池ユニット、　２１０ａ　第１蓄電池ユニット、　２１０ｂ　第２蓄電池ユニット、　２１０ｃ　第３蓄電池ユニット、　２１０ｄ　第４蓄電池ユニット、　２１２　蓄電池パック、　２１４　蓄電池収容棚、　２１６ａ　第１仕切部、　２１６ｂ　第２仕切部、　２１６ｃ　第３仕切部、　２２０　マスター蓄電池管理部、　２４０　蓄電池システム、　２５０　スイッチモジュール、　２５０ａ　第１スイッチモジュール、　２５０ｂ　第２スイッチモジュール、　２５０ｃ　第３スイッチモジュール、　２５０ｄ　第４スイッチモジュール、　２５１　第１電磁接触器、　２５２　第２電磁接触器、　２５３　第３電磁接触器、　２５４　第４電磁接触器、　２５５　電圧センサ、　２５６　電流電圧センサ、　２５７　電流経路、　２５７ａ　第１電流経路、　２５７ｂ　第２電流経路、　２５８ａ　第１ヒューズ、　２５８ｂ　第２ヒューズ、　２６０　蓄電池管理部、　２６０ａ　第１蓄電池管理部、　２６０ｂ　第２蓄電池管理部、　２６０ｃ　第３蓄電池管理部、　２６０ｄ　第４蓄電池管理部、　２６４　ＯＲ回路、　２７０　制御部、　２８０　緊急停止スイッチ、　３００　太陽電池、　４００　双方向パワーコンディショナ、　４１０　双方向インバータ、　４２０　制御部、　４３０　ＤＣ／ＤＣコンバータ、　４３０ａ　第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、　４３０ｂ　第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、　４３０ｃ　第３ＤＣ／ＤＣコンバータ、　４３０ｄ　第４ＤＣ／ＤＣコンバータ、　４４０　太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ、　５００　系統電源、　６００　負荷。

　本発明は、蓄電池と接続する電流経路を開閉するスイッチング装置に利用可能である。

Claims

　蓄電池と接続可能な電流経路上に配置され、電流経路を電気的に接続または切断する電磁接触器と、
　前記電磁接触器の動作を制御する制御部とを備え、
　前記制御部は、
　（１）前記電磁接触器が電流経路を接続している場合において前記電流経路を切断させることを指示するための切断信号を前記電磁接触器に出力するときは、起動したまま切断信号を出力し、
　（２）前記電磁接触器が前記電流経路を切断している場合において前記電流経路を接続させることを指示するための接続信号を前記電磁接触器に出力する前に再起動する、
　ことを特徴とするスイッチング装置。
　前記制御部は、緊急停止スイッチのオフによる信号又はマスター蓄電池管理部２２０からの停止信号又は蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記切断信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。
　前記電磁接触器は、極性の異なったふたつ電磁接触器を並列に接続して構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング装置。
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスイッチング装置。
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備え、
　前記制御部は、蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記第１電磁接触器と前記第２電磁接触器とのいずれか一方の電磁接触器に切断信号を出力した後、もう一方の電磁接触器に切断信号を出力することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスイッチング装置。
　前記第１電流経路上における前記第１電磁接触器か、または前記第２電流経路上における前記第２電磁接触器の少なくともいずれか一方の電磁接触器と直列に接続する第３電磁接触器をさらに備え、
　前記制御部は、前記第３電磁接触器と直列に接続する電磁接触器が接点溶着した場合、前記第３電磁接触器に対して切断信号を出力することを特徴とする請求項５に記載のスイッチング装置。
　蓄電池の異常を示唆する信号は、蓄電池の過放電を示唆する信号、蓄電池の過充電を示唆する信号、蓄電池の温度に関する信号、蓄電池が過電圧であることを示唆する信号、および電流経路を流れる電流が過電流であることを示唆する信号の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のスイッチング装置。
　蓄電池と、
　前記蓄電池と接続可能な電流経路と、
　前記電流経路上に配置され、電流経路を電気的に接続または切断する電磁接触器と、
　前記電磁接触器の動作を制御する制御部とを備え、
　前記制御部は、
　（１）前記電磁接触器が電流経路を接続している場合において前記電流経路を切断させることを指示するための切断信号を前記電磁接触器に出力するときは、起動したまま切断信号を出力し、
　（２）前記電磁接触器が前記電流経路を切断している場合において前記電流経路を接続させることを指示するための接続信号を前記電磁接触器に出力する前に再起動する、
　ことを特徴とする蓄電池システム。
　前記制御部は、緊急停止スイッチのオフによる信号又はマスター蓄電池管理部２２０からの停止信号又は蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記切断信号を出力することを特徴とする請求項８に記載の蓄電池システム。
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備えていることを特徴とする請求項８または９に記載の蓄電池システム。
　前記電流経路は、蓄電池の正極端子と接続する第１電流経路と、蓄電池の負極端子と接続する第２電流経路とを備え、
　前記電磁接触器は、前記第１電流経路上に配置される第１電磁接触器と、前記第２電流経路上に配置される第２電磁接触器とを備え、
　前記制御部は、蓄電池の異常を示唆する信号を検知した場合、前記第１電磁接触器と前記第２電磁接触器とのいずれか一方の電磁接触器に切断信号を出力した後、もう一方の電磁接触器に切断信号を出力することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の蓄電池システム。