JP2006340564A - Uninterruptible dc power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、停電時などに直流負荷に電力供給を継続して行う直流無停電電源システムに関し、特に、二次電池などの充放電を行う電力蓄電装置と燃料電池との双方をバックアップ用電源として備えた直流無停電電源システムに関する。 The present invention relates to a DC uninterruptible power supply system that continuously supplies power to a DC load in the event of a power failure, and in particular, both a power storage device that charges and discharges a secondary battery and a fuel cell are used as backup power supplies. The present invention relates to a DC uninterruptible power supply system.
従来から、交流電源の停電時などにバックアップ用の直流電源から直流負荷に直流電圧を供給する直流無停電電源システムがある(例えば、特許文献1参照。)。また、燃料電池をバックアップ用の電源として利用し、交流電源の停電時に燃料電池の出力電圧(直流電圧)をインバータによって交流電圧に変換して交流電圧を交流負荷に供給する交流無停電電源システムがある(例えば、特許文献2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a DC uninterruptible power supply system that supplies a DC voltage from a backup DC power supply to a DC load at the time of a power failure of the AC power supply (see, for example, Patent Document 1). Also, there is an AC uninterruptible power supply system that uses a fuel cell as a backup power source, converts the output voltage (DC voltage) of the fuel cell to an AC voltage by an inverter and supplies the AC voltage to an AC load at the time of AC power failure Yes (see, for example, Patent Document 2).
以下に、特許文献2の交流無停電電源システムから考えられる、二次電池などの電力蓄積装置と燃料電池との双方をバックアップ用の電源として備えた直流無停電電源システムについて図面を参照しつつ説明する。図5は直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。
Hereinafter, a DC uninterruptible power supply system including both a power storage device such as a secondary battery and a fuel cell as backup power supplies, which can be considered from the AC uninterruptible power supply system of
直流無停電電源システム100は、商用電源などの交流電源200から直流負荷300への通電路上に配設される。直流無停電電源システム100には、交流電源200に入力部が接続された整流器110が設けられている。整流器110は交流電源200から入力部に入力される100(V)の交流電圧を50(V)の直流電圧に変換して出力部から出力する。また、直流無停電電源システム100は、整流器110の出力部にアノードが接続されたダイオード150を有しており、ダイオード150のカソードは直流負荷300に接続されている。
The DC uninterruptible
直流無停電電源システム100は、交流電源200のバックアップ用の電源として、二次電池120を備えているとともに、水素ボンベに充電された水素を燃料として直流電圧を発生する燃料電池130を備えている。二次電池120はダイオード150のカソードから直流負荷300への通電路上のノードN100に接続されている。燃料電池130は、セルスタック131とセルスタック131から出力される直流電圧を49.5(V)の直流電圧に変換するコンバータ(DC/DCコンバータ)132とを有している。燃料電池130のコンバータ132の出力はダイオード140のアノードに接続され、ダイオード140のカソードはノードN100に接続されている。図5から分かるとおり、燃料電池130の出力電圧はダイオード140を介して二次電池120に供給される構成となっており、燃料電池130の供給エネルギーが二次電池120の回復充電に利用される。
The DC uninterruptible
直流無停電電源システム100は、交流電源200の出力電圧を電圧検出線Line101を介して検出する交流電源検出器160を有しており、検出した交流電源200の出力電圧の電圧値を後述する制御器190に信号線Sig101を介して出力する。
直流無停電電源システム100は、整流器110の出力電圧を電圧検出線Line102を介して検出する整流器検出器170を有しており、検出した整流器110の出力電圧の電圧値を後述する制御器190に信号線Sig102を介して出力する。
直流無停電電源システム1は、二次電池120の出力電圧を電圧検出線Line103を介して検出する二次電池検出器180を有しており、検出した二次電池120の出力電圧の電圧値を後述する制御器190に信号線Sig103を介して出力する。
The DC uninterruptible
The DC uninterruptible
The DC uninterruptible power supply system 1 includes a
直流無停電電源システム1は、燃料電池130の起動/停止の制御を行う制御器190を有している。制御器190は、交流電源検出器160から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200の正常/故障(停電など)を判断し、整流器検出器170から入力される整流器110の出力電圧の電圧値により整流器110の正常/故障(交流電源200の故障を含む。)を判断する。
制御器190は、交流電源200の故障若しくは整流器110の故障と判断している時に二次電池検出器180から入力される二次電池120の出力電圧の電圧値が48(V)未満になった場合に燃料電池130に信号線Sig104を介して起動信号を出力する。この起動信号を受けて燃料電池130は起動する。
The DC uninterruptible power supply system 1 includes a
When the
制御器190は、交流電源200の故障若しくは整流器110の故障と判断している時に、交流電源検出器160から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200が正常に戻り、整流器検出器170から入力される整流器110の出力電圧の電圧値により整流器110が正常に戻ったと判断すると、燃料電池130に信号線Sig104を介して停止信号を出力する。これにより、燃料電池13が停止する。
When the
次に、図5の直流無停電電源システムの動作について図6を参照しつつ説明する。図6は図5の直流無停電電源システムの動作を説明するための波形図であり、横軸が時間、縦軸が直流負荷300に入力される入力電圧(負荷電圧)の電圧値(V)である。
時間T101において、交流電源200の交流電圧が整流器110によって50(V)の直流電圧に変換され、直流電圧が直流負荷300に供給される。このとき、整流器110から出力される直流電圧が二次電池120に供給され、二次電池120がフロート充電される。
Next, the operation of the DC uninterruptible power supply system of FIG. 5 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the DC uninterruptible power supply system of FIG. 5, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the voltage value (V) of the input voltage (load voltage) input to the
At time T <b> 101, the AC voltage of the
時間T102において交流電源200の停電(瞬時停電を含む。)や整流器110の故障などが起こると、整流器110から直流負荷300への電力供給は停止するが、瞬時に二次電池120が放電して放電電圧(直流電圧)を出力し、二次電池120から出力される直流電圧が直流負荷300に供給される。
停電などの後、二次電池120によって直流負荷300に直流電圧の供給が行われている時間T103では二次電池120の放電のために二次電池120の出力電圧(直流負荷300の負荷電圧)の電圧値が時間の経過につれて低下する。二次電池検出器180は二次電池120の出力電圧を検出し、検出結果を制御器190へ出力する。制御器190は、二次電池検出器180の検出結果に基づいて、二次電池120の出力電圧の電圧値(負荷電圧の電圧値)が電圧値48(V)未満になったかを判断する。
When power failure (including momentary power failure) of
At time T103 when the
時間T104において制御器190は二次電池120の出力電圧の電圧値が電圧値48(V)未満になったことを検知すると燃料電池130に起動信号を出力し、燃料電池130はこの起動信号を受けて起動する。その後燃料電池130の出力が確立するまでの時間T105では二次電池120により直流負荷300へ直流電圧の供給が継続して行われる。
燃料電池130の出力確立後の時間T106では燃料電池130が49.5(V)の直流電圧を出力しダイオード140を介して直流負荷300に供給される。
When the
At time T106 after the output of the
時間T107において交流電源200が復電などすると、交流電源200の交流電圧が整流器110によって50(V)の直流電圧に変換されて直流負荷300に出力される。それ以降の時間T108においては整流器110から直流負荷300へ直流電圧が供給される。このとき、整流器110から出力される直流電圧が二次電池120に供給され、二次電池120がフロート充電される。交流電源検出器160は交流電源200の出力電圧を検出し、検出結果を制御器190へ出力し、整流器検出器170は整流器110の出力電圧を検出し、検出結果を制御器190へ出力する。制御器190は、交流電源検出器160の検出結果、整流器検出器170の検出結果に基づいて、交流電源200が正常に戻ったか、整流器110が正常に戻ったかを判断する。
交流電源200が復電した後の時間T109において制御器190が交流電源200や整流器110が正常に戻ったことを検知すると、燃料電池130に停止信号を出力し、燃料電池130は停止信号を受けて運転を停止する。
When
図5の直流無停電電源システム100では、燃料電池130によって直流負荷300に直流電圧が供給されている時(図6中T106)、燃料電池130の出力が直流負荷300のみならず二次電池120にも供給されてしまい、燃料電池130の供給エネルギーが二次電池120の回復充電にも使用されてしまう。
そして、燃料電池130の供給エネルギーは水素ボンベに高圧ガスとして蓄えられた水素であり、燃料電池130の出力量には制限がある。
このため、燃料電池130の供給エネルギーが二次電池120の回復充電にも利用されてしまう図5の直流無停電電源システム100では、燃料電池130によって直流負荷300に直流電力を供給する時間(バックアップ時間)を十分に確保することができない場合が生じてしまう。
In the DC uninterruptible
The supply energy of the
For this reason, in the DC uninterruptible
そこで、本発明は、燃料電池の供給エネルギーが二次電池などの電力蓄積装置の回復充電に使用されることを防ぎ、燃料電池によるバックアップ時間を増大することを可能にする直流無停電電源システムを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a direct current uninterruptible power supply system that prevents the supply energy of a fuel cell from being used for recovery charging of a power storage device such as a secondary battery and increases the backup time of the fuel cell. The purpose is to provide.
本発明の直流無停電電源システムは、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して直流負荷に出力する整流器と、前記整流器の出力に接続されて充電され、前記交流電源の停電時又は前記整流器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第1の電力蓄積装置と、前記第1の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第1の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする。
また、上記直流無停電電源システムにおいて、前記燃料電池に並列に接続されるとともに、前記整流器の出力に接続されて充電される第2の電力蓄積装置をさらに備えたことを特徴とする。
The DC uninterruptible power supply system of the present invention includes a rectifier that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage and outputs the DC voltage to a DC load, and is connected to and charged by the output of the rectifier, or when the AC power supply is interrupted or the rectifier A first power storage device that outputs a DC voltage to a DC load in the event of a failure, and when the output voltage of the first power storage device falls below a predetermined voltage, it is activated and outputs a DC voltage to the DC load And a switch means for electrically disconnecting between the fuel cell and the first power storage device at least when the fuel cell is started.
The direct current uninterruptible power supply system further includes a second power storage device connected in parallel to the fuel cell and connected to the output of the rectifier to be charged.
また、本発明の直流無停電電源システムは、直流電源の直流電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して直流負荷に出力する変換器と、前記変換器の出力に接続されて充電され、前記直流電源の停電時又は前記変換器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第1の電力蓄積装置と、前記第1の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第1の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする。
また、上記直流無停電電源システムにおいて、前記燃料電池に並列に接続されるとともに、前記変換器の出力に接続されて充電される第2の電力蓄積装置をさらに備えたことを特徴とする。
Further, the DC uninterruptible power system of the present invention is a converter that converts a DC voltage of a DC power source into a DC voltage of a different voltage value and outputs it to a DC load, and is connected to the output of the converter and charged, A first power storage device that outputs a DC voltage to a DC load at the time of a power failure of a DC power source or a failure of the converter, and detecting that the output voltage of the first power storage device is less than a predetermined voltage. A fuel cell that starts and outputs a DC voltage to a DC load; and at least a switch unit that electrically disconnects the fuel cell and the first power storage device when the fuel cell is started. Features.
The direct current uninterruptible power supply system further includes a second power storage device connected in parallel to the fuel cell and connected to the output of the converter for charging.
本発明によれば、燃料電池と二次電池などの第1の電力蓄積装置とを電気的に遮断するスイッチ手段を備えているために、燃料電池の出力が二次電池などの第1の電力蓄積装置へ流れ込むことがなく、従来のものに比べて燃料電池によるバックアップ時間を長くすることができる。 According to the present invention, since the switch means for electrically disconnecting the fuel cell and the first power storage device such as the secondary battery is provided, the output of the fuel cell is the first power such as the secondary battery. It does not flow into the storage device, and the backup time by the fuel cell can be extended compared to the conventional one.
以下、本発明の実施の形態における燃料電池を利用した直流無停電電源システムについて図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施の形態における直流無停電電源システムの構成について図1を参照しつつ説明する。図1は本実施の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。なお、図1において、交流電源200と直流負荷300を除く部分が直流無停電電源システム1である。
Hereinafter, a DC uninterruptible power supply system using a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the DC uninterruptible power supply system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a DC uninterruptible power supply system according to the present embodiment. In FIG. 1, the part excluding the
直流無停電電源システム1は、交流電源200から直流負荷300への通電路上に配設される。直流無停電電源システム1には、交流電源200に入力部が接続された整流器11が設けられており、整流器11は交流電源200から入力部に入力される100(V)の交流電圧を50(V)の直流電圧に変換して出力部から出力する。また、直流無停電電源システム1は、バックアップ用の電源として、二次電池(第1の電力蓄積装置)12を備えるとともに、水素ボンベに充電された水素を燃料として直流電圧を出力する燃料電池13を備え、さらに、燃料電池13の補充用の二次電池(第2の電力蓄積装置)14を備えている。燃料電池13は、セルスタック13aとセルスタック13aから出力される直流電圧を49.5(V)の直流電圧に変換するコンバータ(DC/DCコンバータ)13bを有している。
The DC uninterruptible power supply system 1 is disposed on a current path from the
また、直流無停電電源システム1は、整流器11の出力部にアノードが接続されたダイオード19を有している。直流無停電電源システム1には、ダイオード19のカソードから直流負荷300にかけての通電路上にDCスイッチ15が設けられている。また、直流無停電電源システム1は、3つの端子16a〜16cを有し、端子16aを端子16bと端子16cとの双方の一方に接続する無瞬断切り替えを行うDCスイッチ(スイッチ手段)16を備えている。DCスイッチ16の端子16aはDCスイッチ15から直流負荷300にかけての通電路上のノードN1に接続され、端子16bは二次電池12に接続され、端子16cは燃料電池13に接続されている。DCスイッチ16を設けることによって、燃料電池13の出力電圧が二次電池12に供給されることを防ぎ、燃料電池13の供給エネルギーが二次電池12の回復充電に使用されることをなくしている。
Further, the DC uninterruptible power supply system 1 includes a
直流無停電電源システム1は、ダイオード19のカソードにアノードが接続されたダイオード17を有しており、ダイオード17のカソードが二次電池14に接続されている。また、直流無停電電源システム1は、ダイオード17のカソードと二次電池14にアノードが接続されたダイオード18を有しており、ダイオード18のカソードがDCスイッチ16の端子16cに接続されている。
The DC uninterruptible power supply system 1 includes a
直流無停電電源システム1は、交流電源200の出力電圧を電圧検出線Line1を介して検出する交流電源検出器20を有しており、検出した交流電源200の出力電圧の電圧値を後述する制御器24に信号線Sig1を介して出力する。
直流無停電電源システム1は、整流器11の出力電圧を電圧検出線Line2を介して検出する整流器検出器21を有しており、検出した整流器11の出力電圧の電圧値を後述する制御器24に信号線Sig2を介して出力する。
直流無停電電源システム1は、二次電池12の出力電圧を電圧検出線Line3を介して検出する二次電池検出器22を有しており、検出した二次電池12の出力電圧の電圧値を後述する制御器24に信号線Sig3を介して出力する。
直流無停電電源システム1は、燃料電池13のコンバータ13bの出力電圧を電圧検出線Line4を介して検出する燃料電池検出器23を有しており、検出した燃料電池23の出力電圧の電圧値を後述する制御器24に信号線Sig4を介して出力する。
The DC uninterruptible power supply system 1 has an AC
The DC uninterruptible power supply system 1 includes a
The DC uninterruptible power supply system 1 includes a
The DC uninterruptible power supply system 1 has a
直流無停電電源システム1は、燃料電池13の起動/停止の制御、DCスイッチ15の開閉制御、DCスイッチ16の切り替え制御を行う制御器24を有している。
制御器24は、交流電源検出器20から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200の正常/故障(停電など)を判断し、整流器検出器21から入力される整流器11の出力電圧の電圧値により整流器11の正常/故障(交流電源200の故障を含む。)を判断する。
制御器24は、交流電源200の故障若しくは整流器11の故障と判断している時に二次電池検出器22から入力される二次電池12の出力電圧の電圧値が48(V)未満になった場合に燃料電池13に信号線Sig5を介して起動信号を出力する。この起動信号を受けて燃料電池13は起動する。
The direct current uninterruptible power supply system 1 includes a
The
When the
制御器24は、燃料電池13に起動信号を出力した後に燃料電池検出器23から入力される燃料電池13の出力電圧の電圧値が49.5(V)になった場合(燃料電池13の出力が確立した後)にDCスイッチ16に信号線Sig6を介して端子16aに接続する端子を端子16bから端子16cに切り替える切り替え信号を出力し、DCスイッチ15に信号線Sig7を介して開放信号を出力する。これにより、DCスイッチ16は端子16aに端子16cが接続され、DCスイッチ15が開放する。
When the voltage value of the output voltage of the
制御器24は、交流電源200の故障若しくは整流器11の故障と判断している時に、交流電源検出器20から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200が正常に戻り、整流器検出器21から入力される整流器11の出力電圧の電圧値により整流器11が正常に戻ったと判断すると、DCスイッチ15に信号線Sig7を介して短絡信号を出力する。制御器24は、燃料電池13に信号線Sig5を介して停止信号を出力する。制御器24は、DCスイッチ16に信号線Sig6を介して端子16aに接続する端子を端子16cから端子16bに切り替える切り替え信号を出力する。これにより、DCスイッチ15が短絡し、燃料電池13が停止し、DCスイッチ16は端子16aに端子16bが接続される。
When the
次に、図1の本実施の形態の直流無停電電源システム1の動作について図2を参照しつつ説明する。図2は図1の直流無停電電源システム1の動作を説明するための波形図であり、横軸が時間、縦軸が直流負荷300に入力される入力電圧(負荷電圧)の電圧値(V)である。
時間T1において、DCスイッチ15は短絡しており、DCスイッチ16は端子16aに端子16bが接続されている。交流電源200の交流電圧が整流器11によって50(V)の直流電圧に変換されて出力される。整流器11から出力される直流電圧がダイオード19およびDCスイッチ15を介して直流負荷300に供給される。このとき、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19およびDCスイッチ15、16を介して二次電池12に供給され、二次電池12がフロート充電される。また、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、17を介して二次電池14に供給され、二次電池14がフロート充電される。
Next, the operation of the DC uninterruptible power supply system 1 of the present embodiment in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the DC uninterruptible power supply system 1 of FIG. 1. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage value (V) of the input voltage (load voltage) input to the
At time T1, the
時間T2において交流電源200の停電(瞬時停電を含む。)や整流器11の故障などが起ると、整流器11から直流負荷300への電力供給が停止するが、DCスイッチ16の端子16aに端子16bに接続された状態にあるため、瞬時に二次電池12が放電して放電電圧(直流電圧)を出力する。二次電池12から出力される直流電圧がDCスイッチ16を介して直流負荷300に供給される。交流電源検出器20は交流電源200の出力電圧を検出し、検出結果を制御器24に出力する。また、整流器検出器21は整流器11の出力電圧を検出し、検出結果を制御器24に出力する。制御器24はこの検出結果により交流電源200に故障或いは整流器11に故障が起こったことを検知する。
When a power failure (including an instantaneous power failure) of the
停電などの後、二次電池12によって直流負荷300に直流電圧の供給が行われている時間T3では二次電池12の放電のために二次電池12の出力電圧の電圧値が時間の経過につれて低下する。二次電池検出器22は二次電池12の出力電圧を検出し、検出結果を制御器24に出力する。制御器24は、二次電池検出器22による検出結果に基づいて、二次電池12の出力電圧が48(V)未満になったか判断する。
制御器24は、二次電池検出器22による検出結果に基づいて、二次電池12の出力電圧が48(V)未満になったことを検知すると、燃料電池13に起動信号を出力する。燃料電池13は起動信号を受けて起動して運転を開始する。燃料電池検出器23は燃料電池13のコンバータ13bの出力電圧を検出し、検出結果を制御器24に出力する。制御器24は、燃料電池検出器23による検出結果に基づいて、燃料電池13のコンバータ13bの出力電圧が49.5(V)になったか(燃料電池13の出力が確立したか)を判断する。
At time T3 when the
When the
時間T4において制御器24は、燃料電池検出器23による検出結果に基づいて、燃料電池13のコンバータ13bの出力電圧が49.5(V)になったこと(燃料電池13の出力が確立したこと)を検知すると、制御器24は、DCスイッチ16に端子16aに接続する端子を端子16bから端子16cに切り替える切り替え信号を出力する。また、制御器24は、DCスイッチ15に開放信号を出力する。DCスイッチ16は、切り替え信号を受けて端子16aに端子16cが接続されるようにスイッチの切り替えを行う。また、DCスイッチ15は開放信号を受けて開放する(オフする)。なお、DCスイッチ15を開放することによって燃料電池13の出力電圧がDCスイッチ16、15およびダイオード17を介して二次電池14に供給されることを防ぎ、燃料電池13の供給エネルギーが二次電池14の回復充電に利用されることを防いでいる。
At time T4, the
DCスイッチ15およびDCスイッチ16の切り替えられた後の時間T5では、その最初の数秒間は燃料電池13のコンバータ13bからの出力電圧(直流電圧)がDCスイッチ16を介して直流負荷300に供給されるとともに、二次電池14の放電電圧(直流電圧)がダイオード18およびDCスイッチ16を介して直流負荷300に供給される。最初の数秒間が経過した後は、燃料電池13のコンバータ13bからの出力電圧(直流電圧)がDCスイッチ16を介して直流負荷300に供給される。なお、二次電池14は燃料電池13の負荷急変に対する応答性の悪さを補うためにDCスイッチ16が切り替わった直後の数秒間バックアップ用の電源として利用できれば足りるため小容量の二次電池でよい。
At time T5 after the
時間T6において交流電源200が復電などすると、交流電源200の交流電圧が整流器11によって50(V)の直流電圧に変換されて出力される。整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、17、18、DCスイッチ16を介して直流負荷300に供給される。これ以降の時間T7では、この経路で整流器11から出力される直流電圧が直流負荷300に供給される。このとき、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、17を介して二次電池14に供給され、二次電池14がフロート充電される。
When the
時間T8において、制御器24は、交流電源検出器20から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200が正常に戻り、整流器検出器21から入力される整流器11の出力電圧の電圧値により整流器11が正常に戻ったと判断すると、DCスイッチ15に短絡信号を出力する。DCスイッチ15は短絡信号を受けて短絡する(オンする)。そして、制御器24は、燃料電池13に停止信号を出力し、燃料電池13は停止信号を受けて運転を停止する。制御器24は、DCスイッチ16に端子16aに接続する端子を端子16cから端子16bに切り替える切り替え信号を出力する。DCスイッチ16は切り替え信号を受けて端子16aに端子16bが接続されるようにスイッチを切り替える。
At time T <b> 8, the
それ以降の時間T9では交流電源200の交流電圧が整流器11によって50(V)の直流電圧に変換されて出力される。整流器10から出力される直流電圧がダイオード19およびDCスイッチ15を介して直流負荷300に供給される。このとき、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19およびDCスイッチ15、16を介して二次電池12に供給され、二次電池12がフロート充電される。また、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、17を介して二次電池14に供給され、二次電池14がフロート充電される。
At time T9 thereafter, the AC voltage of the
上述した本実施の形態では、DCスイッチ16を設けて、燃料電池13の出力が二次電池12へ流れ込む経路がなくなるように直流無停電電源システム1を構成したため、燃料電池13の供給エネルギーが二次電池12の回復充電に使われることがない。また、DCスイッチ15を設け、燃料電池13が直流電圧を出力している期間のほぼ全てでDCスイッチ15が開放しているとともに、ダイオード18を設けて、燃料電池13の出力が二次電池14へ流れ込まないように直流無停電電源システム1を構成し動作させるため、燃料電池13の供給エネルギーが二次電池14の回復充電に使われることがない。従って、燃料電池13の供給エネルギーの全てを直流負荷300への供給に使うことができ、燃料電池13によるバックアップ時間を長くすることができる。
In the present embodiment described above, the DC uninterruptible power supply system 1 is configured such that the
また、燃料電池13と並列に二次電池14を設けることによって、負荷急変に対する燃料電池13の応答性の悪さを補うことが可能になる。なお、二次電池40は燃料電池30の応答性の悪さを補うためのものであって、数秒間のバックアップを行うものであることから、小容量のもので良く、燃料電池本体に搭載しても良い。また、二次電池40の代わりに電気二重層コンデンサを利用してもよい。
Further, by providing the
以下、本発明の他の実施の形態における燃料電池を利用した直流無停電電源システムについて図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施の他の形態における直流無停電電源システムの構成について図3を参照しつつ説明する。図3は本実施の他の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。なお、図3において、交流電源200と直流負荷300を除く部分が直流無停電電源システム2である。また、図1の直流無停電電源システム1と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。ただし、図3の直流無停電電源システム2には、燃料電池13のコンバータ13bの出力電圧を検出する燃料電池検出器23に対応する構成がない。
Hereinafter, a DC uninterruptible power supply system using a fuel cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of a DC uninterruptible power supply system according to another embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a DC uninterruptible power supply system according to another embodiment. In FIG. 3, a portion excluding the
図3に示す直流無停電電源システム2は、図1の直流無停電電源システム1のDCスイッチ16の代わりに、スイッチ部31が設けられている。スイッチ部31は、スイッチ31aと、ダイオード31b、31cとを有している。スイッチ31aの一の端子はダイオード19から直流負荷300への通電路上のノードN1に接続され、他の端子は二次電池12に接続されている。ダイオード31bは、アノードが二次電池12に接続され、カソードがノードN1に接続されている。ダイオード31cは、アノードが燃料電池13とダイオード18のカソードに接続され、カソードがノードN1に接続されている。図3から、スイッチ部31のスイッチ31aが開放している(オフしている)状態では、燃料電池13の出力電圧が二次電池12に供給される経路がないことが分かる。
The direct current uninterruptible
また、図3に示す直流無停電電源システム2は、制御器24の代わり、燃料電池13の起動/停止の制御、DCスイッチ15の開閉制御、スイッチ部31のスイッチ31aの切り替え制御を行う制御器32が設けられている。
制御器32は、交流電源検出器20から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200の正常/故障(停電など)を判断し、整流器検出器21から入力される整流器11の出力電圧の電圧値により整流器11の正常/故障(交流電源200の故障を含む。)を判断する。
制御器32は交流電源200の故障若しくは整流器11の故障を検出すると、スイッチ部31に信号線Sig12を介してスイッチ31aの開放信号を出力し、DCスイッチ15に信号線Sig13を介して開放信号を出力する。これにより、スイッチ部31のスイッチ31aが開放し、DCスイッチ15が開放する。
Further, the DC uninterruptible
The
When the
制御器32は、交流電源200の故障若しくは整流器11の故障と判断している時に二次電池検出器22から入力される二次電池12の出力電圧の電圧値が48(V)未満になった場合に燃料電池13に信号線Sig11を介して起動信号を出力する。この起動信号を受けて燃料電池13は起動する。
When the
制御器32は、交流電源200の故障若しくは整流器11の故障と判断している時に、交流電源検出器20から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200が正常に戻り、整流器検出器21から入力される整流器11の出力電圧の電圧値により整流器11が正常に戻ったと判断すると、スイッチ部31に信号線Sig12を介してスイッチ31aの短絡信号を出力し、DCスイッチ15に信号線Sig13を介して短絡信号を出力する。また、制御器32は、燃料電池13に信号線Sig11を介して停止信号を出力する。これにより、スイッチ部31のスイッチ31aが短絡し、DCスイッチ15が短絡し、燃料電池13が停止する。
When the
次に、図3の本実施の他の形態の直流無停電電源システム2の動作について説明する。
交流電源200および整流器11の双方が正常である場合、DCスイッチ15およびスイッチ部31のスイッチ31aは共に短絡している。交流電源200の交流電圧が整流器11によって50(V)の直流電圧に変換されて出力される。整流器11から出力される直流電圧がダイオード19およびDCスイッチ15を介して直流負荷300に供給される。このとき、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、DCスイッチ15、およびスイッチ部31のスイッチ31aを介して二次電池12に供給され、二次電池12がフロート充電される。また、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、17を介して二次電池14に供給され、二次電池14がフロート充電される。
Next, the operation of the DC uninterruptible
When both the
交流電源200の停電(瞬時停電を含む。)や整流器11の故障などが起ると、整流器11から直流負荷300への電力供給が停止するが、二次電池12がスイッチ部31のダイオード31bを介して直流負荷300に接続されているため、瞬時に二次電池12が放電して放電電圧(直流電圧)を出力する。二次電池12から出力される直流電圧がスイッチ部31のダイオード31bを介して直流負荷300に供給される。同様に、二次電池14が放電して放電電圧(直流電圧)を出力し、二次電池14から出力される直流電圧がダイオード18およびスイッチ部31のダイオード31cを介して直流負荷300に供給される。
交流電源検出器20は交流電源200の出力電圧を検出し、検出結果を制御器24に出力する。また、整流器検出器21は整流器11の出力電圧を検出し、検出結果を制御器24に出力する。制御器24はこの検出結果により交流電源200に故障或いは整流器11に故障が起こったことを検知する。制御器32は交流電源200の故障若しくは整流器11の故障を検知すると、スイッチ部31にスイッチ31aの開放信号を出力し、DCスイッチ15に開放信号を出力する。これにより、スイッチ部31のスイッチ31aが開放し、DCスイッチ15が開放する。
When a power failure (including an instantaneous power failure) of the
The AC
二次電池12によって直流負荷300に直流電圧の供給が行われている時間では二次電池12の放電のために二次電池12の出力電圧の電圧値が時間の経過につれて低下する。二次電池検出器22は二次電池12の出力電圧を検出し、検出結果を制御器24に出力する。制御器24は、二次電池検出器22による検出結果に基づいて、二次電池12の出力電圧が48(V)未満になったか判断する。
制御器24は、二次電池検出器22による検出結果に基づいて、二次電池12の出力電圧が48(V)未満になったことを検知すると、燃料電池13に起動信号を出力する。燃料電池13は起動信号を受けて起動して運転を開始する。燃料電池13のコンバータ13bからの出力電圧(直流電圧)がスイッチ部31のダイオード31cを介して直流負荷300に供給されるとともに、二次電池14の放電電圧(直流電圧)がダイオード18およびスイッチ部31のダイオード31cを介して直流負荷300に供給される。
During the time when the DC voltage is supplied to the
When the
交流電源200が復電などすると、交流電源200の交流電圧が整流器11によって50(V)の直流電圧に変換されて出力される。整流器11から出力される直流電圧がダイオード17、18、スイッチ31のダイオード31cを介して直流負荷300に供給される。制御器24は、交流電源検出器20から入力される交流電源200の出力電圧の電圧値により交流電源200が正常に戻り、整流器検出器21から入力される整流器11の出力電圧の電圧値により整流器11が正常に戻ったと判断すると、スイッチ部31にスイッチ31aの短絡信号を出力し、DCスイッチ15に短絡信号を出力する。また、制御器32は、燃料電池13に停止信号を出力する。これにより、スイッチ部31のスイッチ31aが短絡し、DCスイッチ15が短絡し、燃料電池13が停止する。
When the
それ以降の時間では交流電源200の交流電圧が整流器11によって50(V)の直流電圧に変換されて出力される。整流器11から出力される直流電圧がダイオード19およびDCスイッチ15を介して直流負荷300に供給される。このとき、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、DCスイッチ15、およびスイッチ部31のスイッチ31aを介して二次電池12に供給され、二次電池12がフロート充電される。また、整流器11から出力される直流電圧がダイオード19、17を介して二次電池14に供給され、二次電池14がフロート充電される。
In the subsequent time, the AC voltage of the
図3の無停電電源システム2において、スイッチ部31のスイッチ31aを設け、交流電源200や整流器11の故障時にスイッチ31aを開放することによって、燃料電池13が直流電圧を出力している期間では燃料電池13の出力が二次電池12へ流れ込む経路がなくなるため、燃料電池13の供給エネルギーが二次電池12の回復充電に使われることがない。また、DCスイッチ15を設け、交流電源200や整流器11の故障時にスイッチ31aを開放するとともに、ダイオード18を設けることによって、燃料電池13が直流電圧を出力している期間では燃料電池13の出力が二次電池14へ流れ込む経路がなくなるため、燃料電池13の供給エネルギーが二次電池14の回復充電に使われることがない。従って、燃料電池13の供給エネルギーの全てを直流負荷300への供給に使うことができ、燃料電池13によるバックアップ時間を長くすることができる。
In the uninterruptible
他の実施の形態における直流無停電電源システムについて図4を参照しつつ説明する。図4は他の実施の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。図1の直流無停電電源システム1は交流電源から直流負荷への通電路上に設けられるものであるのに対して、図4の直流無停電電源システム5は直流電源から直流負荷への通電路上に設けられるものである。図4では、直流電源の一例をして太陽電池250を示している。
A DC uninterruptible power supply system according to another embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a DC uninterruptible power supply system according to another embodiment. The DC uninterruptible power supply system 1 in FIG. 1 is provided on the current path from the AC power supply to the DC load, whereas the DC uninterruptible
図3の直流無停電電源システム5は、図1の直流無停電電源システム1とは、直流無停電電源システム1の整流器11の代わりに、太陽電池250によって出力される直流電圧を50(V)の直流電圧に変換して出力するコンバータ(DC/DCコンバータ)51を備えている点において異なっている。また、図3の直流無停電電源システム5は、図1の直流無停電電源システム1とは、交流電源検出器20、整流器検出器21の代わりに、直流電源検出器52、コンバータ検出器53を備えている点において異なっている。ただし、図3の直流無停電電源システム5の動作はコンバータ15が直流電圧を50(V)の直流電圧に変換して出力する点、直流電源検出器52が直流電源としての太陽電池250の出力電圧を電圧検出線Line31を介して検出し、検出した太陽電池250の出力電圧の電圧値を信号線Sin31を介して制御器24に出力する点、コンバータ検出器53がコンバータ51の出力電圧を電圧検出線Line32を介して検出し、検出したコンバータ51の出力電圧の電圧値を信号線Sin32を介して制御器24に出力する点、を除けば図1の直流無停電電源システム1と基本的に同じであるため詳細な説明は省略する。
図4の無停電電源システム5においても図1の無停電電源システム1と同様の効果が得られる。
3 is different from the DC uninterruptible power supply system 1 of FIG. 1 in that the DC voltage output by the
In the uninterruptible
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims.
1 直流無停電電源システム
11 整流器
12、14 二次電池
13 燃料電池
13a セルスタック
13b コンバータ
15、16 DCスイッチ
17、18、19 ダイオード
20 交流電源検出器
21 整流器検出器
22 二次電池検出器
23 燃料電池検出器
24 制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC uninterruptible
Claims (4)
前記整流器の出力に接続されて充電され、前記交流電源の停電時又は前記整流器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第1の電力蓄積装置と、
前記第1の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、
少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第1の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする直流無停電電源システム。 A rectifier that converts the AC voltage of the AC power source into a DC voltage and outputs it to a DC load;
A first power storage device connected to an output of the rectifier and charged, and outputting a DC voltage to a DC load at the time of a power failure of the AC power supply or a failure of the rectifier;
A fuel cell that starts by detecting that the output voltage of the first power storage device is less than a predetermined voltage and outputs a DC voltage to a DC load;
Switch means for electrically disconnecting between the fuel cell and the first power storage device at least when starting the fuel cell;
A DC uninterruptible power supply system characterized by comprising:
前記変換器の出力に接続されて充電され、前記直流電源の停電時又は前記変換器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第1の電力蓄積装置と、
前記第1の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、
少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第1の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする直流無停電電源システム。 A converter that converts a DC voltage of a DC power source into a DC voltage of a different voltage value and outputs it to a DC load;
A first power storage device connected to an output of the converter and charged, and outputting a DC voltage to a DC load at the time of a power failure of the DC power supply or a failure of the converter;
A fuel cell that starts by detecting that the output voltage of the first power storage device is less than a predetermined voltage and outputs a DC voltage to a DC load;
Switch means for electrically disconnecting between the fuel cell and the first power storage device at least when starting the fuel cell;
A DC uninterruptible power supply system characterized by comprising:
4. The DC uninterruptible power supply system according to claim 3, further comprising a second power storage device connected in parallel to the fuel cell and connected to the output of the converter for charging.
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