JP2015228745A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した電力供給動作を持つ無停電電源装置を提供する。【解決手段】商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータとして、外部負荷機器・燃料電池・蓄電池のそれぞれに対する電力供給を賄う第１のＡＣ／ＤＣコンバータと、外部負荷機器への電力供給のみを賄う第２のＡＣ／ＤＣコンバータとの２種類を備える。そして、燃料電池から無停電電源装置に入力される電流の値から判断する燃料電池の作動状態と、商用電源から無停電電源装置に供給される電力有無の状態とを把握して、第１のＡＣ／ＤＣコンバータと第２のＡＣ／ＤＣコンバータとを独立してオンオフ切り替え制御し、外部負荷機器への給電と蓄電池の充放電制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、商用交流電源からの電力供給停止に関わらず負荷機器への電力供給を継続する無停電電源装置であって、特に、商用電源に接続する系統と燃料電池に接続する系統との組み合わせからなる無停電電源装置に関する。

従来、特許文献１に開示されるように、商用電源からの電力供給が停止しても負荷機器に対して給電を続ける無停電電源装置として、商用電源から交流電力を供給する系統と、燃料電池が発電する直流電力をインバータとトランスを介して商用電源系統と同一周波数、同一電圧の交流電力に変換し、この変換した交流電力を商用電源系統と並列接続して負荷機器に給電可能にした無停電電源装置が知られている。また、特許文献２に開示されるように、無停電電源システムに燃料電池を設けると共に、交流電源の故障または電力蓄積装置の電圧低下を検出器で検出し、その検出時に燃料電池を起動して燃料電池からインバータへ直流電源を供給するシステムが提案されている。

特開平７−３３６８９４号 特開２０００−３４１８７９号

これらのように無停電電源装置に燃料電池を用いることにより、無停電電源装置に内蔵する蓄電池の容量を増加させることなくバックアップ時間の増大を図ることが可能になるが、燃料電池は起動に時間を要するため無停電電源装置に用いる場合には、停電が発生してから燃料電池が完全に起動するまでの間の負荷機器に対する電力供給を蓄電池から行う必要があり、燃料電池からの電力供給と蓄電池からの電力供給とを切り替える際に電力供給動作が不安定になることがあった。特に、商用電源で停電と復電とが短い時間で繰り返して発生するような場合に、例えば、停電からいったん復電してその後再び停電すると、無停電電源装置では、最初の停電を受けて燃料電池を起動して負荷機器に電力を供給し、次に復電したところで燃料電池を停止させる処理を行う。その為、燃料電池停止処理動作に入ってから再び停電すると負荷機器への給電を蓄電池から行わねばならず、最初の停電時に一度放電を行っている蓄電池を再び使用することになり蓄電池の容量低下を避ける事ができない。

このように、停電と復電とが繰り返し発生することで蓄電池容量が低下した状態であったり、輸送時の安全対策として充電容量が敢えて下げられた蓄電池を無停電電源装置に取り付けた状態で停電が発生すると、燃料電池が起動するまでの間の負荷機器に対する電力供給を蓄電池から十分に行うことができない可能性があり、負荷機器の動作に支障を来す恐れがあった。

本発明は上記の様な問題点に鑑みてなされたものであり、安定した電力供給動作を持つ無停電電源装置を提供することを目的としている。

（１）上記の目的を達成するために本発明は、商用電源に接続する電力供給系統と、燃料電池との組み合わせからなる無停電電源装置において、商用電源からの電力供給が停止した際に起動して直流電力を出力する燃料電池と、この燃料電池から供給される電力及び商用電源から供給される電力を蓄電する蓄電池と、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記燃料電池への駆動用電力及び前記蓄電池への充電用電力及び無停電電源装置に接続される外部負荷機器への外部出力用電力として供給する第１のＡＣ／ＤＣコンバータと、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換して無停電電源装置に接続される外部負荷機器への外部出力用電力として供給する第２のＡＣ／ＤＣコンバータと、前記燃料電池及び前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記蓄電池のそれぞれから出力される直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣインバータと、前記燃料電池から出力される電流値を基に燃料電池の作動状態を判断する燃料電池状態監視部と、無停電電源装置全体の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料電池状態監視部で判断する燃料電池の状態と、商用電源から供給される電力の有無とを把握し、前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をそれぞれ独立してオンオフ切り替え制御すると共に、前記蓄電池の充放電動作を制御することを特徴とする無停電電源装置を提案する。

（２）上記（１）提案の無停電電源装置は、商用電源から電力が供給されている状態で且つ前記燃料電池状態監視部が前記燃料電池で発電が行われていると判断した場合に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンにする一方で前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオフにし、前記蓄電池への充電を燃料電池で発電した電力によって行うことにより、燃料電池で発電が行われている状態を維持することが望ましい。

（３）また、上記（１）提案の無停電電源装置は、商用電源からの電力供給が停止すると、前記蓄電池から前記ＤＣ／ＡＣインバータを介して外部負荷機器へ電力供給を行うと共に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作を商用電源からの電力供給が停止する前の状態と同じオンに保持し、前記燃料電池状態監視部が燃料電池において電力供給が可能な状態に発電が行われていると判断した場合に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンに保持する一方で前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオフにし、外部負荷機器への電力供給と前記蓄電池への充電を燃料電池で発電した電力によって行うことが望ましい。

（４）また、上記（３）提案の無停電電源装置は、商用電源からの電力供給が停止した停電状態から復電した場合に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作を停電時の状態のまま保持しながら前記蓄電池の充電率が満充電に対する所定割合に達するまで前記燃料電池で発電した電力で充電を行い、前記燃料電池状態監視部が燃料電池の動作が完全に停止したことを電流値から判断すると直ちに前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンにすることが望ましい。

（５）また、上記（３）提案の無停電電源装置は、商用電源からの電力供給が停止している停電状態にありながら前記燃料電池の発電動作が停止したことを前記燃料電池状態監視部が検出すると、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンに保持する一方で前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンにし、外部負荷機器への電力供給を前記蓄電池に蓄えた電力によって行うことが望ましい。

（１）提案の発明によれば、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータとして、無停電電源装置に接続する外部負荷機器と、同じく無停電電源装置に接続する燃料電池と、無停電電源装置の内部に備える蓄電池とのそれぞれに対する電力供給を賄う第１のＡＣ／ＤＣコンバータ、及び、無停電電源装置に接続する外部負荷機器への電力供給のみを賄う第２のＡＣ／ＤＣコンバータの２種類を備える。そして、燃料電池から無停電電源装置に入力される電流の値から判断する燃料電池の作動状態と、商用電源から無停電電源装置に供給される電力有無の状態とを把握して、第１のＡＣ／ＤＣコンバータと第２のＡＣ／ＤＣコンバータとを独立してオンオフ切り替え制御し、外部負荷機器への給電と蓄電池の充放電制御を行う。これにより、商用電源からの電力供給を受けながらＤＣ／ＡＣインバータを介して外部負荷機器に電力供給を行う通常使用状態においては、蓄電池への充電電流値を第１のＡＣ／ＤＣコンバータによって定格値以下に抑えて蓄電池の保護を図りながら、外部負荷機器に対する電力供給を大容量化することができる。一方、商用電源からの電力供給が無くなった停電状態においては、例えば燃料電池が起動するまでの間の外部負荷機器に対して蓄電池から電力供給を行う状態では、第１のＡＣ／ＤＣコンバータをオンにすることで復電時に直ぐ商用電源で復帰できる状態を保ち、その状態で燃料電池の起動が完了した際には、今度は第１のＡＣ／ＤＣコンバータをオフにすることで起動した燃料電池の動作をそのまま維持させる制御を行うことができ、外部負荷機器に対する電力供給動作を安定させる事が可能になる。

（２）提案の発明によれば、商用電源からの電力供給を受けながらＤＣ／ＡＣインバータを介して外部負荷機器に電力供給を行っている通常使用状態にあって、且つ燃料電池が起動して発電が行われている場合に、第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンにして外部負荷機器への電力供給を商用電源から供給される電力で行い、同時に第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオフにすることで蓄電池への充電を燃料電池で発電した電力で行う。これにより燃料電池が発電している状態を維持させることができ、燃料電池が必要以上に起動と停止を繰り返すことで無停電電源装置の動作が不安定になるのを防ぐことができる。

（３）提案の発明によれば、商用電源からの電力供給が停止して停電状態になると、内蔵する蓄電池からＤＣ／ＡＣインバータを介して外部負荷機器に電力供給を行い、第１のＡＣ／ＤＣコンバータと第２ＡＣ／ＤＣコンバータの動作を商用電源からの電力供給が停止する前の状態と同じオンに保持する。次に、燃料電池の起動が完了して発電可能な状態になると、第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオフにして外部負荷機器への電力供給と蓄電池への充電を燃料電池で発電した電力によって行う。これにより燃料電池が起動している状態をそのまま維持させることができ、比較的短い時間で商用電源の停電と復電とが繰り返して発生する場合にも、その度に燃料電池の起動と停止を行うことなく外部負荷機器への給電と蓄電池への充電を安定して行うことができる。

（４）提案の発明によれば、商用電源が停電状態から復電した場合に、第１のＡＣ／ＤＣコンバータと第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作を停電時と同じ状態のまま保持して燃料電池を起動させた状態におき、燃料電池で発電した電力で蓄電池の充電率が所定割合に達するまで充電を行う。そして、蓄電池の充電率が所定割合に達して燃料電池の動作が停止したことを検出すると第１のＡＣ／ＤＣコンバータをオンに切り替える。これにより、商用電源が停電していた状態から復電した場合に、直ぐに燃料電池を停止させることなく蓄電池の充電率が所定割合になるまで燃料電池から充電を行う為、停電の間の放電動作によって充電残量が少なくなった蓄電池がまだ十分に充電できていない状態で再び停電したとしても、外部負荷機器に対する電力供給は燃料電池から行われることになり、蓄電池を過度に放電させる恐れが無くなると共に、蓄電池の充電切れにより外部負荷機器への電力供給が途絶えるという事態を防ぐことができる。また、蓄電池の充電率が所定割合に達して燃料電池の発電動作が停止したことを検出すると、直ちに第１のＡＣ／ＤＣコンバータをオンに切り替えて商用電源の電力をＤＣ／ＡＣインバータを介して外部負荷機器に供給する為、蓄電池に充電した電力の消費を極力少なくすることができる。なお、商用電源が復電してから蓄電池の充電率が所定割合に充電されるまでの間に停電が再発しない限りは、外部負荷機器への給電は第２のＡＣ／ＤＣコンバータによって商用電源から行われる為、電力ロスの少ない効率良い電力供給が行える。

（５）提案の発明によれば、商用電源が停電の状態にありながら燃料電池の発電動作が停止したことを検出すると、燃料電池の燃料切れと判断して第１のＡＣ／ＤＣコンバータをそれまでのオフ状態からオンに切り替えを行い、外部負荷機器への電力供給を蓄電池から行う。これにより、商用電源が復電した時に燃料電池を起動させる制御動作が行われなくなり、その分、復電後すぐに外部負荷機器への給電を商用電源から行うことができる。

本発明実施例に係る無停電電源装置の全体構成を示す説明図である。 商用電源が正常状態で且つ燃料電池３が発電状態にある場合の動作を示すフローチャートである。 商用電源が停電した際の動作を示すフローチャートである。 商用電源が停電している最中に燃料電池の燃料切れが発生した場合の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明実施例に係る無停電電源装置の全体構成を示す説明図である。１は商用電源であり、本発明実施例の無停電電源装置に商用交流１００ボルト電力を供給する。２−１は充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ（特許請求の範囲に記載の第１のＡＣ／ＤＣコンバータ）であり、商用電源１から供給される交流１００ボルト電力を直流電力に変換して、後述する燃料電池、蓄電池、外部出力用のＤＣ／ＡＣインバータ、制御部、の各機器に供給する。２−２は負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ（特許請求の範囲に記載の第２のＡＣ／ＤＣコンバータ）であり、商用電源１から供給される交流１００ボルト電力を直流電力に変換して外部出力用のＤＣ／ＡＣインバータのみに供給を行う。３は燃料電池であり、その出力端を充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１の出力側ＤＣバスに接続する。４はリチウムイオン電池であり（特許請求の範囲に記載の蓄電池）、商用電源から供給されて充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１を介して変換された直流電力と、燃料電池で発電されて供給される直流電力を蓄電し、また一方で、商用電源１が停電した際には電池に充電している電力を放電する。５はＤＣ／ＡＣインバータであり、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１及び負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２から供給される直流電力、又は燃料電池３から供給される直流電力、又はリチウムイオン電池４から放電される直流電力を受けて交流１００ボルト電力に変換し、外部負荷機器１４に出力する。６は、本実施例に係る無停電電源装置を構成する各機器の動作制御を司る制御部である。７は燃料電池状態監視部であり、燃料電池３で発電されて出力される電流の値を基にして、燃料電池が全く作動していない停止の状態か、あるいは起動動作には入っているが発電量が不十分な起動中の状態か、あるいは十分な発電量が得られている起動完了の状態かの判断を行う。１３は消費電力監視部であり、ＤＣ／ＡＣインバータ５に流れる電流値を検出してＤＣ／ＡＣインバータ５の出力側で消費される消費電力を監視する。８−１及び８−２はヒーターである。ヒーター８−１は、停電が発生して外部負荷機器１４に電力バックアップを行う際に、外部負荷機器１４の消費電力が燃料電池の最低需要電力（例えば３００Ｗ）に満たない場合の補助負荷として使用される。燃料電池がいったん起動した後に作動状態を維持するには最低限必要な消費電力量（最低需要電力）があり、消費電力がこの最低需要電力を下回ると燃料電池が停止して無停電電源装置としての動作が不安定になる為、外部負荷機器単体の消費電力が最低需要電力に達しない場合は消費電力監視部１３がそれを判断し、制御部６を通じてヒーター８−１に通電を行うのである。ヒーター８−２は補助ヒーターであり、停電発生時に外部負荷機器１４とヒーター８−１とを合わせた消費電力が燃料電池の最低需要電力に達しない場合にこのヒーター８−２に通電を行う。９は無停電電源装置の筐体内部を冷却するエアコンディショナであり、設定温度に従って自動で運転／停止を行う。また、エアコンディショナ９の運転状況や異常状況を前記制御部６に出力する。１０は経路切換リレーであり、ヒーター８−１、８−２及びエアコンディショナ９への給電経路を、商用電源１から直接給電する経路と、ＤＣ／ＡＣインバータ５から出力された交流電力を給電する経路とのどちらの経路で行うかの切り換えを行う。１１は制御操作部であり、液晶モニタとタッチパネル機能を備え、無停電電源装置の状態表示や各種設定、及びメンテナンス操作を行う。

次に本発明実施例の動作について、図２から図４を基にして説明する。図２は本発明実施例において、商用電源１が正常状態にある場合の動作を示すフローチャートである。商用電源１から商用交流１００ボルト電力が供給されている正常な状態にある時は、通常モードとして、制御部６から充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１及び負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２に対してそれぞれオンの状態に切り換えるオン信号が出力され、経路切換リレー１０を商用電源側に切り換える指示信号が出力される（Ｓ１）。これにより、商用電源１から供給された商用交流１００ボルト電力が、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１及び負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２を介して直流電力に変換され、この直流電力がＤＣ／ＡＣインバータを通じて交流１００ボルト電力に変換されて無停電電源装置に接続する外部負荷機器１４に供給される。そして、リチウムイオン電池４には充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１を介して商用電源１から供給された電力が充電される。また、ヒーター８−１、８−２及びエアコンディショナ９は商用電源１から供給された電力により駆動される。商用電源１からの商用交流電力が供給されている状態で（Ｓ２）、燃料電池状態監視部７において燃料電池の稼働状況を判断し、燃料電池３で発電が行われている状態であることを確認すると（Ｓ３）、燃料電池充電モードの動作に入り、負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２のオン状態をそのまま保持する一方で、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１をオンからオフの状態に切り換える（Ｓ４）。これにより、外部負荷機器１４への給電とリチウムイオン電池４への充電を商用電源１から供給される商用交流１００ボルト電力で行っていた状態から、リチウムイオン電池４への充電を燃料電池３で発電した電力で行う状態へと切り換わる。

リチウムイオン電池４への充電を燃料電池３で発電した電力によって行う動作は、リチウムイオン電池４の充電率が７０％に達するまで継続される。充電率が７０％に達するまでは、燃料電池３が起動と停止を短時間で繰り返さないよう最低需要電力を確保するようヒーター８−１及び８−２への通電制御が行われる。外部負荷機器１４の消費電力とリチウムイオン電池４の充電に消費される電力が燃料電池３の最低需要電力に達しない場合には、経路切換リレー１０をＤＣ／ＡＣインバータ５の出力側に切り換えると共に、ヒーター８−１とヒーター８−２への通電切換制御を制御部６によって行うのである。このようにして、燃料電池３を起動させ続けた状態でリチウムイオン電池４への充電を行い、その充電率が７０％に達すると制御部６から燃料電池３に作動停止指令が出力される。作動停止指令を受けた燃料電池３の発電停止が確認されると（Ｓ５）、通常モードの動作に戻り、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１をオフからオンの状態に切り換えると共に経路切換リレー１０を商用電源１側に切り換える。以上のように、商用電源１が正常状態で且つ燃料電池が発電状態にある場合には燃料電池充電モードの動作に入り、燃料電池の最低需要電力を確保するようヒーターの通電制御を行うことで燃料電池を停止させることなく起動状態に保ち、リチウムイオン電池の充電を行う。従って、燃料電池が細かく起動と停止を繰り返す動作を防ぐことができ、リチウムイオン電池の充電を安定して行うことができる。

次に、図３のフローチャートを基にして商用電源１が停電した際の動作を説明する。図２に示す通常モードで動作中（Ｓ１）に商用電源１からの商用交流電源が停電すると（丸数字１）、図３に示す処理動作を行う。停電の発生により商用交流１００ボルト電力の供給を失うと、外部負荷機器１４側への電力供給を商用電源１に代えてリチウムイオン電池４から行い、外部負荷機器１４の停電を防ぐ電力バックアップ動作を行うと共に、制御部６より燃料電池３に起動指令を出力する。そしてこの時、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１及び負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２を図２に示す通常モードと同じオン状態に保持し、制御部６より経路切換リレー１０をＤＣ／ＡＣインバータ５の出力側に切り換える指示信号を出力する（Ｓ１０）。ここで、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１及び負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２の状態を通常モードと同じ状態にしておくことにより、商用電源１が復電した際に直ぐに商用交流１００ボルト電力で復帰することができる。

次に、燃料電池状態監視部７によって燃料電池の稼働状況を判断し、燃料電池で発電が行われている状態であることを確認すると（Ｓ１１）、燃料電池バックアップ・充電モードの動作に入る（Ｓ１２）。この動作モードでは、負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２をオン状態に保持する一方で、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１をオフの状態に切り換え、経路切換リレー１０はＤＣ／ＡＣインバータ５の出力側に接続した状態を保持する。これにより、外部負荷機器１４への給電とリチウムイオン電池４への充電の両動作が燃料電池３で発電した電力で行う状態へと切り換わり、燃料電池の最低需要電力を確保するようヒーター８−１及び８−２への通電制御が行われる。そして、商用電源１が復電と停電を繰り返した場合にもその度に燃料電池が起動／停止を行うこと無く連続して起動状態を維持し、外部負荷機器への電力供給を安定して行うのである。

商用電源１が復電すると（Ｓ１３）、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１及び負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２を上記の燃料電池バックアップ・充電モードと同じ状態に保ちながら、燃料電池シャットダウン移行モードの動作に入る（Ｓ１４）。この動作では、燃料電池３を引き続き稼働させた状態に置き、リチウムイオン電池４の充電率が７０％に達するまで燃料電池３で発電した電力によって充電を行う。このように商用電源が復電した後も燃料電池を稼働させるのは、復電後に再び停電が発生した場合に備えてリチウムイオン電池の充電率を回復させる為である。リチウムイオン電池の充電率が十分に回復しないまま充電用の電力を商用電源１に切り換えると、燃料電池が停止し、その直後に停電が発生した場合にリチウムイオン電池の充電残量が少ない状態で外部負荷機器への給電をリチウムイオン電池から行うこととなり、十分なバックアップ時間が保障できなくなる恐れがあることから、燃料電池で発電している状態を維持して万一の停電に備えながらリチウムイオン電池の充電を回復させるのである。従って、既に説明したように、リチウムイオン電池の充電率が７０％に達するまでは、燃料電池３が起動と停止を短時間で繰り返さないよう最低需要電力を確保するようヒーター８−１及び８−２への通電制御が行われる。また、リチウムイオン電池の充電率回復を優先する為に、外部負荷機器１４への給電には負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２とＤＣ／ＡＣインバータ５を経由して、商用電源１から供給される商用交流１００ボルト電力があてられる。このようにして、燃料電池３を起動させ続けた状態でリチウムイオン電池４への充電を行い、その充電率が７０％に達すると制御部６から燃料電池３に作動停止指令が出力される。作動停止指令を受けた燃料電池３の発電停止が確認されると（Ｓ１５）、通常モードの動作に戻り、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１をオフからオンの状態に切り換えると共に経路切換リレー１０を商用電源１側に切り換える。

次に、図４のフローチャートを基にして、商用電源１が停電している最中に燃料電池の燃料切れが発生した場合の動作について説明する。図３に示す燃料電池バックアップ・充電モードで動作中（丸数字２）に、燃料電池状態監視部７によって燃料電池の発電が停止した事が検出されると（Ｓ２１）、燃料電池の燃料が尽きたと判断し、復電待機モードの動作に入る（Ｓ２２）。この動作では、負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２をオン状態に保持する一方で、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１をオフからオンの状態に切り換え、経路切換リレー１０はＤＣ／ＡＣインバータ５の出力側に接続した状態を保持する。そして、外部負荷機器１４への給電はリチウムイオン電池４に蓄電された電力から行われる。負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２がオンに保持されていると共に、充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１がオフからオンの状態に切り換えられていることから、商用電源１が復電した時には（Ｓ２３）、商用電源１から供給される電力を負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−２及び充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ２−１を通じて直ちに外部負荷機器１４へ出力することが可能になる。なお、燃料電池が燃料切れを起こして復電待機モード動作に移行した後に、商用電源１の復電が無く、リチウムイオン電池４の充電残量がシステム動作上の下限値に至った場合には（Ｓ２３）、無停電電源装置全体としてのシステム停止処理動作を実行し終了する。

本発明による無停電電源装置は、停電時に負荷機器への電力供給を継続して行う装置であって、特に、蓄電池と燃料電池との双方を備えることにより負荷機器に対する長時間の電源バックアップ動作を行う用途に用いることができる。

１ 商用電源
２−１ 充電用ＡＣ／ＤＣコンバータ（第１のＡＣ／ＤＣコンバータ）
２−２ 負荷用ＡＣ／ＤＣコンバータ（第２のＡＣ／ＤＣコンバータ）
３ 燃料電池
４ リチウムイオン電池（蓄電池）
５ ＤＣ／ＡＣインバータ
６ 制御部
７ 燃料電池状態監視部
８−１ ヒータ
８−２ 補助ヒータ
９ エアコンディショナ
１０ 経路切換リレー
１１ 制御操作部
１３ 消費電力監視部
１４ 外部負荷機器

Claims (5)

1. 商用電源に接続する電力供給系統と、燃料電池との組み合わせからなる無停電電源装置において、
   商用電源からの電力供給が停止した際に起動して直流電力を出力する燃料電池と、
   この燃料電池から供給される電力及び商用電源から供給される電力を蓄電する蓄電池と、
   商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記燃料電池への駆動用電力及び前記蓄電池への充電用電力及び無停電電源装置に接続される外部負荷機器への外部出力用電力として供給する第１のＡＣ／ＤＣコンバータと、
   商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換して無停電電源装置に接続される外部負荷機器への外部出力用電力として供給する第２のＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記燃料電池及び前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記蓄電池のそれぞれから出力される直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記燃料電池から出力される電流値を基に燃料電池の作動状態を判断する燃料電池状態監視部と、
   無停電電源装置全体の動作を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記燃料電池状態監視部で判断する燃料電池の状態と、商用電源から供給される電力の有無とを把握し、前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をそれぞれ独立してオンオフ切り替え制御すると共に、前記蓄電池の充放電動作を制御することを特徴とする無停電電源装置。
2. 請求項１記載の無停電電源装置において、商用電源から電力が供給されている状態で且つ前記燃料電池状態監視部が前記燃料電池で発電が行われていると判断した場合に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンにする一方で前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオフにし、前記蓄電池への充電を燃料電池で発電した電力によって行うことにより、燃料電池で発電が行われている状態を維持することを特徴とする無停電電源装置。
3. 請求項１記載の無停電電源装置において、商用電源からの電力供給が停止すると、前記蓄電池から前記ＤＣ／ＡＣインバータを介して外部負荷機器へ電力供給を行うと共に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作を商用電源からの電力供給が停止する前の状態と同じオンに保持し、前記燃料電池状態監視部が燃料電池において電力供給が可能な状態に発電が行われていると判断した場合に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンに保持する一方で前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオフにし、外部負荷機器への電力供給と前記蓄電池への充電を燃料電池で発電した電力によって行うことを特徴とする無停電電源装置。
4. 請求項３記載の無停電電源装置において、商用電源からの電力供給が停止した停電状態から復電した場合に、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作を停電時の状態のまま保持しながら前記蓄電池の充電率が満充電に対する所定割合に達するまで前記燃料電池で発電した電力で充電を行い、前記燃料電池状態監視部が燃料電池の動作が完全に停止したことを電流値から判断すると直ちに前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンにすることを特徴とする無停電電源装置。
5. 請求項３記載の無停電電源装置において、商用電源からの電力供給が停止している停電状態にありながら前記燃料電池の発電動作が停止したことを前記燃料電池状態監視部が検出すると、前記第２のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンに保持する一方で前記第１のＡＣ／ＤＣコンバータの動作をオンにし、外部負荷機器への電力供給を前記蓄電池に蓄えた電力によって行うことを特徴とする無停電電源装置。

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