JP2013039013A - Emergency power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非常用電源装置に関する。 The present invention relates to an emergency power supply apparatus.
非常用電源装置は、商用電源の交流電力が停電事故等で供給不能となった時、負荷の少なくとも1部に電力供給を行なうための発電機である。非常用電源装置は、自家発電設備とも呼ばれる。 The emergency power supply is a generator for supplying power to at least a part of a load when AC power from a commercial power supply cannot be supplied due to a power failure or the like. The emergency power supply is also called a private power generation facility.
図１６、図１７は、特許文献１に開示された、従来の非常用電源装置を示す図である。
図１６に示す非常用電源装置は、無停電電源装置（UPS: Uninterruptible Power System）を備える。商用電源７１が正常である時は、商用電源７１から供給される交流電圧は、コンバータ７６で直流電圧に変換され蓄電池８１に供給される。更に直流電圧はインバータ７７で交流電圧に変換されて負荷８２に給電される。商用電源７１に異常が発生した場合は、非常用電源装置は、原動機７３で駆動する非常用電源が起動するまでの間、蓄電池８１の直流電圧をインバータ７７で交流電圧に変換して負荷８２に無停電で供給する。
図１７に示す非常用電源装置では、図１６に示すコンバータ７６を双方向に電力変換できるＰＷＭ制御コンバータ８６で構成する。
16 and 17 are diagrams showing a conventional emergency power supply device disclosed in
The emergency power supply device shown in FIG. 16 includes an uninterruptible power system (UPS). When the
In the emergency power supply device shown in FIG. 17, the
ところで、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災では被災地の商用電源の停電により、避難所などでは暖房や携帯電話の電源などが使用できなくなり、避難した人たちにとって過酷な状況が発生した。また被災地以外の地域においても、計画停電、節電などの影響により様々な不利益が生じた。従って、災害時におけるこのような状況を解決するために、正常時には電気エネルギーを貯蔵し、非常時にはその電気エネルギーを速やかに利用できる非常用電源装置が求められる。 By the way, in the Great East Japan Earthquake that occurred on March 11, 2011, due to a power failure of commercial power in the stricken area, heating and mobile phone power supplies could not be used in evacuation centers, etc., causing severe situations for evacuated people . In areas other than the stricken area, various disadvantages occurred due to the effects of planned power outages and power savings. Therefore, in order to solve such a situation at the time of a disaster, there is a need for an emergency power supply device that can store electrical energy in a normal state and can quickly use the electrical energy in an emergency.
先行文献１に記載の非常用電源装置は、商用電源が停電した場合においては、原動機、非常用発電機インバータ、および蓄電池、コンバータからなるＵＰＳを用いて無停電で負荷に電力を供給する信頼性の高い装置である。しかしながら、先行文献１に記載の非常用電源装置は、原動機、非常用電源などを必要としているため装置の価格が高価であり、また装置を動作させる際にも専門的な知識を要する。
The emergency power supply device described in the
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、商用電源が停電した場合に負荷に対して安全かつ速やかに所望の電力を供給することができ、かつ低価格な非常用電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can provide a desired power safely and promptly to a load when a commercial power supply fails, and is an inexpensive emergency power supply device. The purpose is to provide.
上記課題を解決するための本発明の実施の形態によれば、商用電源と電気的に接続するための第１の端子と、非常用電源と電気的に接続するための第２の端子と、負荷と電気的に接続するための第３の端子と、前記第１及び第２の端子にそれぞれ第１及び第２の断続スイッチを介して電気的に接続するとともに、前記第３の端子に直接電気的に接続して、前記商用電源の電力を前記非常用電源を充電する電力に変換する第１の変換機能と、前記非常用電源の電力を前記負荷に供給する電力に変換する第２の変換機能とを外部からの信号によって選択的に実行する電力変換器と、前記商用電源が正常なときは、前記電力変換器を前記第１の変換機能で動作させる前記信号を出力し、前記第１及び第２の端子と前記電力変換器とが電気的に接続するように前記第１及び第２の断続スイッチを動作させ、前記商用電源が異常のときは、前記電力変換器を前記第２の変換機能で動作させる前記信号を出力し、前記第１及び第２の端子と前記電力変換器とが電気的に切断されるように前記第１及び第２の断続スイッチを動作させる制御回路と、前記第２の断続スイッチと並列に配された手動の断続スイッチとを備えた非常用電源装置が提供される。 According to an embodiment of the present invention for solving the above problems, a first terminal for electrical connection with a commercial power source, a second terminal for electrical connection with an emergency power source, A third terminal for electrical connection with a load, and an electrical connection to the first and second terminals via the first and second intermittent switches, respectively, and a direct connection to the third terminal A first conversion function for electrically connecting and converting the power of the commercial power source to power for charging the emergency power source; and a second function for converting the power of the emergency power source to power supplied to the load A power converter that selectively executes a conversion function with an external signal, and when the commercial power supply is normal, outputs the signal that causes the power converter to operate with the first conversion function. The first and second terminals are electrically connected to the power converter. The first and second intermittent switches are operated as described above, and when the commercial power source is abnormal, the signal for operating the power converter with the second conversion function is output, and the first and second A control circuit that operates the first and second intermittent switches so that the power converter and the power converter are electrically disconnected, and a manual intermittent switch disposed in parallel with the second intermittent switch; An emergency power supply device is provided.
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施の形態の非常用電源装置の構成と周辺の装置の接続を示す図である。図１において、非常用電源装置を構成する各部位と周辺の装置は参照符号を用いて識別するが、各部位間及び装置との間の信号は、信号（Ｓｉｇｎａｌ）を表すＳを頭に付した参照符号を用いて識別する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an emergency power supply device according to the first embodiment and connection of peripheral devices. In FIG. 1, each part constituting the emergency power supply device and peripheral devices are identified by using reference numerals, but signals representing each signal (Signal) are prefixed to signals between each part and between the devices. Are identified using the reference numerals.
非常用電源装置１には、商用電源６０、負荷６１及び蓄電池６２が接続される。商用電源６０は、正常時においては、例えば、交流１００Ｖを非常用電源装置１に供給する。非常用電源装置１は、正常時において、商用電源６０を用いて蓄電池６２を充電する。なお、非常用電源装置１は、正常時においては、負荷６１に給電しない。
商用電源６０の供給電圧が正常な範囲にない異常時においては、非常用電源装置１は、蓄電池６２を用いて、例えば、交流１００Ｖを生成して負荷６１に出力する。
A commercial power supply 60, a load 61 and a storage battery 62 are connected to the emergency
When the supply voltage of the commercial power supply 60 is not in a normal range, the emergency
なお、非常用電源装置１は、正常時と異常時とを内部に設けられた回路（後述する）によって判断するが、負荷６１への電圧出力は、自動で行なわれず、操作者が手動で操作することによって行なわれる。これは、商用電源６０が異常になった場合は、負荷６１は何らかの異常状態に置かれていることも考えられるため、操作者が安全を確認して負荷６１への電源供給を再開するべきとの技術思想に基づくためである。
The
図１を参照しつつ非常用電源装置１の構成と動作について説明する。非常用電源装置１は、電力変換器２、制御回路３、リレー制御回路４、交流電圧検出器５、直流電圧検出器６、Ｂ接点７、Ｂ接点８、手動スイッチ９、コンセント１０、コンセント１１、コンセント１２を備えている。
The configuration and operation of the emergency
コンセント１０は、商用電源６０と接続して交流電圧を入力するための端子である。交流電圧検出器５は、商用電源６０の電圧値を検出して交流電圧検出値信号Ｓ１４を制御回路３に出力する。コンセント１１は、負荷６１と接続して交流電圧を出力するための端子である。コンセント１２は、蓄電池６２と接続するための端子である。
The outlet 10 is a terminal for connecting to the commercial power source 60 and inputting an AC voltage. The
電力変換器２の一方の端子は、コンセント１０及びコンセント１１と接続し、他方の端子はコンセント１２と接続する。
One terminal of the
電力変換器２は、商用電源６０が正常時には、コンセント１０から入力された交流電圧を直流電圧に変換してコンセント１２に出力する。
When the commercial power supply 60 is normal, the
電力変換器２は、商用電源６０が異常時には、コンセント１２から入力された直流電圧を交流電圧に変換してコンセント１１に出力する。
When the commercial power source 60 is abnormal, the
この電圧変換器２の動作は、制御回路３からのフィードバック信号に基づいて制御される（後述）。即ち、電力変換器２は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器である。電力変換器２は、例えば、双方向に電力変換できるＰＷＭコンバータを用いて構成することができる（例えば、特許文献１参照）。
The operation of the
直流電圧検出器６は、蓄電池６２の直流電圧を検出して、直流電圧検出値信号Ｓ１９を制御回路３に出力する。
The
制御回路３は、交流電圧検出値信号Ｓ１３と直流電圧検出値信号Ｓ１９を用いて交流電圧または直流電圧のフィードバック制御を行い、電力変換器２に対してゲート制御信号を出力すると共に、リレー制御回路４に対して系統状態信号Ｓ１５を出力する。
The
リレー制御回路４は、系統状態信号Ｓ１５に基づいて、Ｂ接点７及びＢ接点８の断続動作を制御する。
The
Ｂ接点７は、リレー制御回路４からのＢ接点制御信号Ｓ１６によって、コンセント１０と電力変換器２との信号接続を断続する。
The B contact 7 disconnects the signal connection between the outlet 10 and the
Ｂ接点８は、リレー制御回路４からのＢ接点制御信号Ｓ１７によって、コンセント１２と電力変換器２との信号接続を断続する。
The
また、Ｂ接点８と並列に手動スイッチ９が設けられている。
A
続いて、非常用電源装置１の動作について説明する。
上述のように構成された非常用電源装置１は、コンセント１０、コンセント１１、コンセント１２を介して、それぞれ商用電源６０、負荷６１、蓄電池６２と接続する。初期状態においては、手動スイッチ９は、オフ(開放)しておく。
Next, the operation of the emergency
The emergency
商用電源６０が正常である揚合、制御回路３は、交流電圧検出器５が検出した交流電圧検出値信号Ｓ１４から、系統電圧が正常な電圧範囲内に維持されていると判断して、系統状態信号Ｓ１５を正常としてリレー制御回路４に出力する。
When the commercial power supply 60 is normal, the
リレー制御回路４は、Ｂ接点７とＢ接点８をともにオン（閉状態）にするＢ接点制御信号Ｓ１６、Ｓ１７を出力する。
The
制御回路３は、直流電圧検出器６が検出した直流電圧検出値信号Ｓ１９から、蓄電池６２の電圧を判断する。蓄電池６２の直流電圧が所定の電圧値以下の場合は、制御回路３は、電力変換器２をコンバータとして制御し、蓄電池６２の直流電圧が所定の電圧範囲になるようにフィードバック制御を行なう。
The
商用電源６０が異常になると、制御回路３は、交流電圧検出器５が検出した交流電圧検出値信号Ｓ１４から、系統電圧が正常な電圧範囲内に維持されていないと判断して、系統状態信号Ｓ１５を異常としてリレー制御回路４に出力する。
When the commercial power supply 60 becomes abnormal, the
リレー制御回路４は、Ｂ接点７とＢ接点８をともにオフ（開状態）にするＢ接点制御信号Ｓ１６、Ｓ１７を出力する。
The
制御回路３は、電力変換器２の制御を停止する。
The
操作者が、負荷６１へ電圧供給を行なっても安全であることを確認して、手動スイッチ９をオン（閉状態）にすると、制御回路３は、手動スイッチ９の状態を取得して、電力変換器２をインバータとして制御することにより、蓄電池６２の直流電圧を交流電圧に変換して負荷６１に所定の交流電力を供給する。
When the operator confirms that it is safe to supply voltage to the load 61 and turns on the manual switch 9 (closed state), the
商用電源６０が正常な状態に復帰すると、上述のように制御回路３は、蓄電池６２の電圧が所定の電圧以下の場合は、蓄電池６２の直流電圧が所定の直流電圧になるようにフィードバック制御を行い、蓄電池６２の直流電圧が所定の範囲内になるように制御する。そして、蓄電池６２の直流電圧が所定の電圧範囲になった場合は、蓄電池６２の充電制御を停止する。
When the commercial power supply 60 returns to a normal state, as described above, the
なお、操作者は、商用電源６０の電圧が正常な状態に復帰したことを確認して手動スイッチ９をオフ（開状態）とする。
Note that the operator turns off the
第１の実施の形態の非常用電源装置１によれば、商用電源６０が異常となった場合において、安全かつ速やかに負荷６１に電力を供給することが可能となる。
また、高価な原動機、非常用電源などを使用せず、既存の蓄電池６２を接続することにより負荷への電源供給を図っているため、低価格な非常用電源装置を構成することができる。
According to the emergency
In addition, since the power supply to the load is achieved by connecting the existing storage battery 62 without using an expensive prime mover or emergency power supply, a low-cost emergency power supply device can be configured.
（第２の実施形態）
第２の実施の形態では、非常用電源装置１の構成が第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the configuration of the emergency
図２は、第２の実施の形態の非常用電源装置１の構成と周辺の装置の接続を示す図である。第２の実施の形態の非常用電源装置１は、蓄電池６２を含んで構成される。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the emergency
第２の実施の形態によれば、非常用電源装置１が所定容量の蓄電池６２を備えているため、予め別の場所において蓄電池６２を充電しておくことによって、例えば、災害発生時に、速やかに必要な負荷に対して電力を供給することが可能である。従って、災害発生時の被害を低減することのできる、信頼性の高い低価格な非常用電源装置を構築することができる。
According to the second embodiment, since the emergency
（第３の実施形態）
第３の実施の形態では、非常用電源装置１の構成が第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the configuration of the emergency
図３は、第３の実施の形態の非常用電源装置１の構成と周辺の装置の接続を示す図である。第３の実施の形態の非常用電源装置１は、電力変換器２の交流出力端子と系統との連系点との間に交流フィルタ１１８を接続した構成である。交流フィルタ１１８は、負荷６１に供給する交流電圧の高調波成分を除去して正弦波状の電圧を出力する。
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the emergency
第３の実施の形態によれば、停電時において、負荷６１に対して高品質の（高調波成分の少ない正弦波状の）電圧を供給することができる。 According to the third embodiment, it is possible to supply a high-quality voltage (in the form of a sine wave with few harmonic components) to the load 61 during a power failure.
（第４の実施形態）
第４の実施の形態では、非常用電源装置１の構成が第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, the configuration of the emergency
図４は、第４の実施の形態の非常用電源装置１の構成と周辺の装置の接続を示す図である。第４の実施の形態の非常用電源装置１は、電力変換器２の直流側に直流フィルタ１１９を接続した構成である。直流フィルタ１１９は、直流側に含まれる高調波成分を除去する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the emergency
第４の実施の形態によれば、停電時において、負荷６１に対して高品質の（高調波成分の少ない正弦波状の）電圧を供給することができる。 According to the fourth embodiment, it is possible to supply a high-quality (sinusoidal voltage with less harmonic components) voltage to the load 61 during a power failure.
（第５の実施形態）
第５の実施の形態では、非常用電源装置１は、太陽電池との接続も可能に構成している点で第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, the emergency
図５は、第５の実施の形態の非常用電源装置１の構成と周辺の装置の接続を示す図である。第５の実施の形態の非常用電源装置１は、太陽電池６３と接続するためのコンセント１３を備えている。そして更に、コンセント１２とコンセント１３を結ぶ配線に逆流防止ダイオード１８を設けている。
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the emergency
第５の実施の形態の非常用電源装置１では、蓄電池６２または太陽電池６３が並列接続される。従って、商用電源６０が正常な状態では、昼間は太陽電池６３から蓄電池６２を充電することにより、蓄電池６２を充電するための商用電源６０からのエネルギー使用量（買電量）を低減することができる。
In the emergency
また、昼間に災害が発生した場合は、蓄電池６２と太陽電池６３から安全かつ速やかに負荷６１に対して必要な電力を供給することができる。災害の影響で、昼間太陽電池６３が利用できない場合には、蓄電池６２から負荷６１に必要な電力が供給される。もし、夜間に災害が発生した場合は、蓄電池６２から負荷６１に必要な電力が供給される。 Further, when a disaster occurs in the daytime, necessary power can be supplied to the load 61 safely and quickly from the storage battery 62 and the solar battery 63. When the solar battery 63 cannot be used during the daytime due to the influence of a disaster, necessary power is supplied from the storage battery 62 to the load 61. If a disaster occurs at night, the necessary electric power is supplied from the storage battery 62 to the load 61.
第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、商用電源の停止時に、柔軟に非常用電源を供給することができる。 According to the fifth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the emergency power can be flexibly supplied when the commercial power is stopped.
（第６の実施形態）
第６の実施の形態では、蓄電池６２を充電する時間帯が予め決められている点で第５の実施の形態と異なっている。従って、第５の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that a time zone for charging the storage battery 62 is determined in advance. Accordingly, the same parts as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第６の実施の形態では、電気料金の安価な時間帯（例えば、夜間など）に蓄電池６２を充電する。これ以外の時間帯には、蓄電池を充電しない。
図６は、第６の実施の形態の充電方法を説明するための図である。制御回路３には、不図示のタイマが設けられている。制御回路３は、タイマの示す時間を参照して、蓄電池６２を充電するようにリレー制御回路４に系統状態信号を出力する。図６（１）では、電気料金の安価な時間帯ｔ１〜ｔ２において蓄電池６２が充電されることを表している。図６（２）では、蓄電池６２の電圧がこの充電時間帯ｔ１〜ｔ２においてＶ１〜Ｖ２に増加する様子を表している。
In the sixth embodiment, the storage battery 62 is charged during an inexpensive time zone (for example, at night). During other time periods, the storage battery is not charged.
FIG. 6 is a diagram for explaining a charging method according to the sixth embodiment. The
なお、第６の実施の形態の非常用電源装置１では、第１の実施の形態と同様に太陽電池に係る構成を含まなくても良い。
Note that the emergency
（第７の実施形態）
第７の実施の形態では、非常用電源装置１が蓄電池６２の残存容量を求める機能を備えている点で第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment is different from the first embodiment in that the emergency
図７は、第７の実施の形態の非常用電源装置１の構成と周辺の装置の接続を示す図である。第７の実施の形態の非常用電源装置１は、直流電流検出器２０、残存容量演算回路２２、及び表示回路２５を更に備えている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the emergency
直流電流検出器２０は、蓄電池６２から電力変換器２に流れる電流を検出して直流電流検出値信号Ｓ２１を残存容量演算回路２２に出力する。残存容量演算回路２２は、直流電流検出器２０からの直流電流検出値信号Ｓ２１、直流電圧検出器６からの直流電圧検出値信号Ｓ１９、及び制御回路３からのＢ接点状態信号Ｓ２３に基づいて蓄電池６２の残存容量を演算し残存容量信号Ｓ２４を表示回路２５に出力する。表示回路２５は、蓄電池６２の残存容量を表示する。
The DC
図８は、第７の実施の形態の残存容量演算回路２２の構成を示す図である。残存容量演算回路２２は、開放電圧演算回路２６、乗算回路２７、積分回路２８、記憶回路２９、最終放電量演算回路３０、及び減算回路３１を備えている。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the remaining
続いて、図８に示す残存容量演算回路２２の動作について説明する。
残存容量演算回路２２を構成する開放電圧演算回路２６は、直流電圧検出値信号Ｓ１９、直流電流検出値信号Ｓ２１及びＢ接点状態信号Ｓ２３を入力し、開放電圧を演算する。
Next, the operation of the remaining
The open circuit
図９は、第７の実施の形態の蓄電池６２の等価回路を示す図である。この等価回路の電圧方程式は、式（１）で表される。
Ｅ＝Ｖｄｃ＋Ｒ＊Ｉｄｃ ・・・式（１）
ここで、Ｅ＝内部起電力[Ｖ]、Ｖｄｃ＝直流電圧[Ｖ]、Ｉｄｃ＝直流電流[Ａ]、Ｒ＝内部抵抗[Ω]である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the storage battery 62 according to the seventh embodiment. The voltage equation of this equivalent circuit is expressed by equation (1).
E = V dc + R * I dc (1)
Here, E = internal electromotive force [V], V dc = DC voltage [V], I dc = DC current [A], and R = internal resistance [Ω].
Ｂ接点７、８が開放状態である場合は、蓄電池６２から電流が流れないため、Ｉｄｃ＝０である。従って、式（２）が成立する。即ち、直流電圧は内部起電力と等しくなる。
Ｅ＝Ｖｄｃ ・・・式（２）
従って、Ｂ接点７、８が開放状態である場合に測定した直流電圧は、蓄電池６２の内部起電力Ｅ[Ｖ]を表す。
When the
E = V dc Formula (2)
Therefore, the DC voltage measured when the
Ｂ接点状態信号Ｓ２３からＢ接点が閉状態である場合に測定した直流電圧Ｖｄｃと直流電流Ｉｄｃを用いて、蓄電池６２の内部抵抗Ｒは、式（３）で算出することができる。
Ｒ＝（Ｅ−Ｖｄｃ）／Ｉｄｃ ・・・式（３）
開放電圧演算回路２６は、直流電圧検出値信号Ｓ１９、及び直流電流検出値信号Ｓ２１を用いて蓄電池６２の内部起電力（開放電圧）を式（１）〜式（３）から算出し、開放電圧値ｙ[Ｖ]を表す開放電圧信号Ｓ３６を記憶回路２９に出力する。記憶回路２９は、開放電圧値ｙ[Ｖ]を記憶する。
The internal resistance R of the storage battery 62 can be calculated by Equation (3) using the DC voltage V dc and the DC current I dc measured when the B contact is in the closed state from the B contact state signal S23.
R = (E−V dc ) / I dc (3)
The open-circuit
乗算回路２７は、直流電圧検出値信号Ｓ１９と直流電流検出値信号Ｓ２１を乗算して得た、蓄電池６２の放電電力Ｐ[Ｗ]を表す放電電力信号Ｓ３２を積分回路２８に出力する。積分回路２８は、乗算回路２７から取得した蓄電池６２の放電電力Ｐ[Ｗ]の時間積分である放電電力量ｘ[Ｗｈ]を求め、放電電力量信号Ｓ３３として出力する。記憶回路２９は、放電電力量ｘ[Ｗｈ]を記憶する。
The
このようにして、記憶回路２９には、適宜の時間間隔で測定した開放電圧値ｙ[Ｖ]と放電電力量ｘ[Ｗｈ]とが保存される。
In this way, the
最終放電量演算回路３０は、記憶回路２９から、異なる３つの時刻で計測した開放電圧値ｙと放電電力量ｘとの組を入力し、開放電圧値ｙと放電電力量ｘとの関係を２次曲線で近似した関係式を求める。
The final discharge
図１０は、第７の実施の形態の開放電圧値ｙと放電電力量ｘとの関係を示す図である。時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３における開放電圧値ｙと放電電力量ｘとのそれぞれの組を、（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）と定義すると、式（４）で示す関係が成立する。
式（４）を行列で表現すると式（５）を得る。
ここで、式（６）でベクトルを定義する。
式（５）は、式（７）で表現される。従って、ベクトルＫは、式（８）で表される。
従って、式（４）で示す２次式の係数ａ，ｂ，ｃが求められる。この係数を用いて、開放電圧値ｙと放電電力量ｘとの関係は、式（９）の２次式で表される。
最大放電電力量をｘＭとすると、ｘＭは式（９）において、ｙ＝０としたときのｘの値として求めることができる。
最終放電量演算回路３０は、上述の演算を実行して最終放電電力量ｘＭ[Ｗｈ]を求め、最終放電電力量信号Ｓ３５として出力する。
The final discharge
減算回路３１は、現時刻ｔにおける残存容量ｘＲ[Ｗｈ]を式（１１）により求め、残存容量を表す残存容量信号Ｓ２４を表示回路２５に出力する。
ｘＲ ＝ｘＭ − ｘ ・・・式（１１）
なお、開放電圧値ｙと放電電力量ｘとの関係を表す式は、上述の２次式に限られず、蓄電池の容量の減少を表す単調に減少する式であれば良い。また、関係式を求めるための時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３は、適宜の時刻を選択すれば良い。更に、表示回路２５に表示を行なう間隔は、情報を提示するのに適切な間隔とし、例えば、１〜１０分の適宜の間隔を選ぶことができる。
The subtracting
x R = x M - x ··· formula (11)
The expression representing the relationship between the open circuit voltage value y and the discharge power amount x is not limited to the above-described quadratic expression, and may be any expression that decreases monotonously indicating the decrease in the capacity of the storage battery. The time t 1, t 2, t 3 for obtaining a relational expression may be selected appropriate time. Furthermore, the display interval on the
第７の実施の形態の非常用電源装置１を用いて、蓄電池６２の残存容量を把握することにより、接続する負荷６１を適切に選択することができ、蓄電池６２の利用時間を推定することができる。従って、災害発生時において、有効に非常用電源装置１を利用することができる。
By grasping the remaining capacity of the storage battery 62 using the emergency
なお、蓄電池６２と太陽電池６３とを用いる場合には、蓄電池６２のみを用いる場合に上述の処理を実行する。 In addition, when using the storage battery 62 and the solar cell 63, the above-mentioned process is performed when only the storage battery 62 is used.
（第８の実施形態）
第８の実施の形態では、非常用電源装置１は、可搬用に構成されている点で第５の実施の形態と異なっている。従って、第５の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Eighth embodiment)
In the eighth embodiment, the emergency
図１１は、第８の実施の形態の非常用電源装置１の構成を示す図である。第８の実施の形態の非常用電源装置１は、運搬用の取手４３が設けられた鞄型の筐体４１と、その筐体４１の内部に配置された各部で構成されている。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the emergency
即ち、筐体４１内には、電力変換器２、制御回路３、手動スイッチ９、商用電源用コンセント１０、負荷用コンセント１１、蓄電池用コンセント１２、太陽電池用コンセント１３、表示回路２５、接地端子４２等が設けられている。
That is, in the casing 41, the
災害発生時などの非常時において、図１１に示す構成の非常用電源装置１を、例えば、避難場所などに持ち運ぶことにより、直ちに必要な負荷に対して給電することができ、災害による影響を低減することができる。
In the event of an emergency such as a disaster, the emergency
（第９の実施形態）
第９の実施の形態では、非常用電源装置１は、複数の太陽電池を並列に接続する。従って、第８の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Ninth embodiment)
In the ninth embodiment, the emergency
図１２は、第９の実施の形態の非常用電源装置１に接続する多重化装置４４の構成を示す図である。多重化装置４４には、複数の手動スイッチ４５と接続端子４６とが、正極側配線４７と負極側配線４８の間に並列接続されて構成され、太陽電池用コンセント１３に接続される。太陽電池６３−１、・・・、６３−Ｎを、接続端子４６に接続した後、手動スイッチ４５を投入することにより、複数の太陽電池６３−１、・・・、６３−Ｎを並列に非常用電源装置１に接続することができる。なお、不図示の逆流防止ダイオードがそれぞれの太陽電池毎に設けられている。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the multiplexing device 44 connected to the emergency
複数の太陽電池を並列接続することにより、災害発生時において、多数の電気機器に対して必要な電力を速やかに供給することができる。 By connecting a plurality of solar cells in parallel, necessary power can be quickly supplied to a large number of electric devices in the event of a disaster.
（第１０の実施形態）
第１０の実施の形態では、非常用電源装置１は、複数の蓄電池を並列に接続する。従って、第８の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Tenth embodiment)
In the tenth embodiment, the emergency
図１３は、第１０の実施の形態の非常用電源装置１に接続する多重化装置４４の構成を示す図である。多重化装置４４には、複数の手動スイッチ４５と接続端子４６とが、正極側配線４７と負極側配線４８の間に並列接続されて構成され、蓄電池用コンセント１２に接続される。蓄電池６２−１、・・・、６２−Ｎを、接続端子４６に接続した後、手動スイッチ４５を投入することにより、複数の蓄電池６２−１、・・・、６２−Ｎを並列に非常用電源装置１に接続することができる。なお、不図示の逆流防止ダイオードがそれぞれの蓄電池毎に設けられている。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the multiplexing device 44 connected to the emergency
複数の蓄電池を並列接続することにより、災害発生時において、多数の電気機器に対して必要な電力を速やかに供給することができる。
また、充電された蓄電池を接続することにより、長期間にわたる災害支援に利用することができる。
By connecting a plurality of storage batteries in parallel, necessary power can be quickly supplied to a large number of electrical devices in the event of a disaster.
Moreover, it can utilize for the disaster support over a long period of time by connecting the charged storage battery.
更に、第９の実施の形態の太陽電池と組み合わせて、あるいは交互に使用することにより、給電を止めることなく継続することができるため、災害による影響を低減することができる。 Furthermore, by combining or alternately using the solar cell of the ninth embodiment, it is possible to continue power supply without stopping, so that the influence of a disaster can be reduced.
（第１１の実施形態）
第１１の実施の形態では、非常用電源装置１は、複数の乾電池を直列に接続する。従って、第８の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Eleventh embodiment)
In the eleventh embodiment, the emergency
図１４は、第１１の実施の形態の非常用電源装置１に接続する乾電池ユニット４９の構成を示す図である。乾電池ユニット４９には、複数の乾電池５１を互いに直列に接続する接続金具５０が設けられている。直列に接続された乾電池５１の両端は、接続ケーブル５３を用いて非常用電源装置１の蓄電池用コンセント１２に接続される。乾電池ユニット４９の正極側の出力端子には、逆流防止ダイオード５２が接続されている。なお、この乾電池ユニット４９を用いる場合は、商用電源６０は、接続されない。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a dry battery unit 49 connected to the emergency
災害が発生した場合は、非常用電源装置１に接続した電器機器が安全であることを確認した上で、手動スイッチ９を投入する。制御装置３は、電力変換器２をインバータモードで制御し、負荷６１に対して所定の電力を供給する。
When a disaster occurs, the
災害発生時において、蓄電池や太陽電池を利用できない場合においても、乾電池を利用することができる場合は、第１１の実施の形態の非常用電源装置１を用いることにより、必要とされる負荷に対して、速やかに所要の電力を供給することが可能となり、災害の影響を低減することができる。
Even when a storage battery or solar battery cannot be used in the event of a disaster, if the dry battery can be used, the emergency
（第１２の実施形態）
第１２の実施の形態では、非常用電源装置１は、発電ユニットを接続する。従って、第８の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
(Twelfth embodiment)
In the twelfth embodiment, the emergency
図１５は、第１２の実施の形態の非常用電源装置１に接続する発電ユニット５４の構成を示す図である。発電ユニット５４は、単相の電機子巻線を有する１次回路５５、永久磁石を有する２次回路５６、２次回路を回転させるための回転装置５７、及び非常用電源装置１の商用電源コンセント１０と接続するための接続ケーブル５８を備えている。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the power generation unit 54 connected to the emergency
発電ユニット５４の回転装置５７を回転させることにより、２次回路５６が回転する。このとき１次回路５５の電機子巻線に起電力が発生し、蓄電池６２が充電される。 By rotating the rotating device 57 of the power generation unit 54, the secondary circuit 56 rotates. At this time, an electromotive force is generated in the armature winding of the primary circuit 55, and the storage battery 62 is charged.
災害が発生し、商用電源や太陽電池を利用することができない場合においても、蓄電池を充電し、必要な負荷に対して所要の電力を供給することが可能となり、災害による影響を低減することができる。 Even when a disaster occurs and commercial power and solar cells cannot be used, the storage battery can be charged and the required power can be supplied to the required load, reducing the impact of the disaster. it can.
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
１…非常用電源装置、２…電力変換器、３…制御回路、４…リレー制御回路、５…交流電圧検出器、６…直流電圧検出器、７…Ｂ接点、８…Ｂ接点、９…手動スイッチ、１０…コンセント、１１…コンセント、１２…コンセント、１３…コンセント、１８…逆流防止ダイオード、２０…直流電流検出器、２２…残存容量演算回路、２５…表示回路、２６…開放電圧演算回路、２７…乗算回路、２８…積分回路、２９…記憶回路、３０…最終放電量演算回路、３１…減算回路、４１…筐体、４２…接地端子、４３…取手、４４…多重化装置、４９…乾電池ユニット、５４…発電ユニット、５７…回転装置、６０…商用電源、６１…負荷、６２…蓄電池、６２…非常用電源、６３…太陽電池、１１８…交流フィルタ、１１９…直流フィルタ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
非常用電源と電気的に接続するための第２の端子と、
負荷と電気的に接続するための第３の端子と、
前記第１及び第２の端子にそれぞれ第１及び第２の断続スイッチを介して電気的に接続するとともに、前記第３の端子に直接電気的に接続して、前記商用電源の電力を前記非常用電源を充電する電力に変換する第１の変換機能と、前記非常用電源の電力を前記負荷に供給する電力に変換する第２の変換機能とを外部からの信号によって選択的に実行する電力変換器と、
前記商用電源が正常なときは、前記電力変換器を前記第１の変換機能で動作させる前記信号を出力し、前記第１及び第２の端子と前記電力変換器とが電気的に接続するように前記第１及び第２の断続スイッチを動作させ、前記商用電源が異常のときは、前記電力変換器を前記第２の変換機能で動作させる前記信号を出力し、前記第１及び第２の端子と前記電力変換器とが電気的に切断されるように前記第１及び第２の断続スイッチを動作させる制御回路と、
前記第２の断続スイッチと並列に配された手動の断続スイッチと
を備えたことを特徴とする非常用電源装置。 A first terminal for electrical connection with a commercial power source;
A second terminal for electrical connection with an emergency power source;
A third terminal for electrical connection with the load;
The first and second terminals are electrically connected to the first and second terminals through first and second intermittent switches, respectively, and directly connected to the third terminal, so that the power of the commercial power source is supplied to the emergency power source. Power that selectively executes a first conversion function for converting power for charging a power supply for power and a second conversion function for converting power of the emergency power supply to power to be supplied to the load by an external signal A converter,
When the commercial power supply is normal, the signal for operating the power converter with the first conversion function is output so that the first and second terminals are electrically connected to the power converter. The first and second intermittent switches are operated, and when the commercial power supply is abnormal, the signal for operating the power converter with the second conversion function is output, and the first and second A control circuit for operating the first and second intermittent switches such that a terminal and the power converter are electrically disconnected;
An emergency power supply device comprising: a manual intermittent switch arranged in parallel with the second intermittent switch.
前記第２の端子と前記第４の端子とを電気的に接続する導通部材とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の非常用電源装置。 A fourth terminal for electrical connection with the solar cell;
The emergency power supply device according to claim 1, further comprising a conduction member that electrically connects the second terminal and the fourth terminal.
前記第２の端子に接続する前記蓄電池の残存容量を算出する残存容量演算回路と、
算出した残存容量を表示する表示回路とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の非常用電源装置。 The emergency power source is a storage battery,
A remaining capacity calculation circuit for calculating a remaining capacity of the storage battery connected to the second terminal;
The emergency power supply device according to claim 1, further comprising a display circuit that displays the calculated remaining capacity.
この複数の組のデータから前記開放電圧値と放電電力量との関係式を特定し、
特定した関係式に基いて開放電圧値が０となる最終放電電力量を推定し、
前記最終放電電力量と現在の放電電力量との差を残存容量として求めること
を特徴とする請求項４に記載の非常用電源装置。 The remaining capacity calculation circuit obtains a plurality of data sets of an open-circuit voltage value of the storage battery and a discharge power amount from a predetermined time at an arbitrary time,
From the plurality of sets of data, specify the relational expression between the open-circuit voltage value and the discharge energy,
Based on the specified relational expression, estimate the final discharge power amount at which the open circuit voltage value becomes 0,
The emergency power supply device according to claim 4, wherein a difference between the final discharge power amount and a current discharge power amount is obtained as a remaining capacity.
前記筐体の表面に前記第１乃至第４の端子と、前記手動の断続スイッチと、前記表示回路とを配したことを特徴とする請求項４に記載の非常用電源装置。 At least the power converter and the control circuit can be stored, and further includes a housing provided with a handle for transportation,
The emergency power supply device according to claim 4, wherein the first to fourth terminals, the manual intermittent switch, and the display circuit are arranged on a surface of the casing.
前記蓄電池または太陽電池を電気的に並列に接続する複数の端子と、
前記蓄電池または太陽電池の電気的な接続を前記端子毎に断続する手動スイッチと、
並列に接続された前記蓄電池または太陽電池を前記非常用電源装置の前記第２の端子に接続させるための端子部材と
を有する多重化装置を
更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の非常用電源装置。 The emergency power source is a storage battery,
A plurality of terminals for electrically connecting the storage battery or solar cell in parallel;
A manual switch for intermittently connecting the storage battery or solar cell for each terminal;
3. The multiplexer according to claim 2, further comprising: a terminal member for connecting the storage battery or solar cell connected in parallel to the second terminal of the emergency power supply device. Emergency power supply.
直列に接続された複数の乾電池を前記非常用電源装置の前記第２の端子に接続させるための端子部材と
を有する乾電池ユニットを
更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の非常用電源装置。 A series connection member for connecting a plurality of dry batteries in series;
The emergency power supply according to claim 2, further comprising: a dry battery unit having a terminal member for connecting a plurality of dry batteries connected in series to the second terminal of the emergency power supply device. apparatus.
永久磁石を有する２次回路と、
前記２次回路を回転させるための回転装置と、
前記電機子巻線の出力を前記第１の端子に接続させるための端子部材と
を有する発電ユニットを
更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の非常用電源装置。 A primary circuit having a single-phase armature winding;
A secondary circuit having a permanent magnet;
A rotating device for rotating the secondary circuit;
The emergency power unit according to claim 2, further comprising a power generation unit having a terminal member for connecting an output of the armature winding to the first terminal.
前記交流フィルタは、電力信号に含まれるＰＷＭ制御された高調波成分を低減するようになされていることを特徴とする請求項１に記載の非常用電源装置。 The power converter is connected to the third terminal via an AC filter,
The emergency power supply apparatus according to claim 1, wherein the AC filter is configured to reduce a PWM-controlled harmonic component included in a power signal.
前記直流フィルタは、電力信号に含まれるＰＷＭ制御された高調波成分を低減するようになされていることを特徴とする請求項１に記載の非常用電源装置。 The power converter is connected to the second terminal via a DC filter;
2. The emergency power supply device according to claim 1, wherein the DC filter is configured to reduce a harmonic component subjected to PWM control included in a power signal.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011175780A JP2013039013A (en) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | Emergency power supply device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2011
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