JP4423807B2 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池パネル，燃料電池等の外部直流電源を補助電源とし、商用電源と連立運転させ、接続された負荷機器へ電力を供給する無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の常時インバータ給電方式の無停電電源装置では、商用電源の受電時は、常にコンバータ回路およびインバータ回路を介して接続された負荷機器へ電力を供給する。また、商用電源の停電時は、商用電源に代わり内蔵された二次電池を電源として接続された無停電電源装置に接続された負荷機器へ電力を供給する。
【０００３】
したがって、商用電源の停電時は商用電源に代わり内蔵された二次電池を電源として接続された負荷機器に電力を供給するため、無停電電源装置のバックアップ時間はその二次電池の容量によって決められる。したがって、負荷と必要なバックアップ時間に応じて二次電池の容量が決定され、負荷が大きい場合やバックアップ時間が長時間にわたる場合には自ずと大容量の二次電池が必要となるという課題がある。
【０００４】
また、商用電源の受電時には商用電源から入力された電力がコンバータとインバータを常時介した状態で負荷機器に供給されるため、無停電電源装置の内部での損出電力が発生するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記した従来の常時インバータ給電方式の無停電電源装置の欠点であるコンバータとインバータとで発生する損出を低減するとともに、必要とする二次電池の容量を低減し、商用電源使用量を低減した無停電電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、交流商用電源からの交流電力をコンバータを介して制御回路に入力し、外部直流電源からの直流電力を第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、この制御回路からの出力をインバータを介して負荷機器に電力を供給するとともに、制御回路からの出力の一部を充電器を介して二次電池に入力し、この二次電池の出力を第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、制御回路は交流商用電源受電時には外部直流電源単独もしくは直流電源および交流商用電源の双方からの出力から負荷機器へ電力を供給すると同時に充電器を介して二次電池を充電するように制御し、かつ商用電源受電時において負荷機器および充電器への供給電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合にはコンバータの出力電圧をＶ１、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２とした時にＶ２＞Ｖ１とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ１に制御し、交流商用電源の停電時には外部直流電源単独もしくは外部直流電源および二次電池の双方の出力を負荷機器へ供給するように制御する無停電電源装置を示すものである。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１の構成を備えた無停電電源装置において、商用電源停電時において負荷機器および充電器への供給電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合には第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ３とした時にＶ２＞Ｖ３とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ３に制御することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の発明は、交流商用電源からの交流電力をコンバータを介して制御回路に入力し、外部直流電源から直流電力を第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、制御回路からの出力をインバータを介して負荷機器に電力を供給するとともに、制御回路からの出力の一部を充電器を介して二次電池に入力し、二次電池の出力を第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、制御回路は交流商用電源受電時には外部直流電源単独もしくは外部直流電源および交流商用電源の双方からの出力から負荷機器へ電力を供給すると同時に充電器を介して二次電池を充電するように制御し、交流商用電源の停電時には外部直流電源単独もしくは外部直流電源および前記二次電池双方の出力を負荷機器へ供給するように制御し、かつ商用電源停電時において負荷機器および充電器への供給電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合には第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ３とした時にＶ２＞Ｖ３とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ３に制御することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による無停電電源装置の構成を図１に示す。
【００１０】
図１に示したように商用電源１からの交流電力はコンバータ２で電圧Ｖ１の直流電力に変換され、制御回路３に入力される。この制御回路３にはこの商用電源１の他に外部直流電源４からの直流出力が第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して電圧をＶ２に変換して入力される。
【００１１】
ここで外部直流電源４としては燃料電池，太陽光発電装置，風力発電装置等の商用電源１から独立した直流電源で構成される。
【００１２】
制御回路３からの出力はインバータ６および充電器７へ入力される。インバータ６へ入力された直流電力は交流電力に変換されて負荷機器８へ供給される。充電器７には二次電池９が接続されてこの二次電池９を充電するとともに、二次電池９の出力は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して直流電圧Ｖ３に変換して制御回路３に入力される。なおリレー１１を操作してバイパス回路１２を経由してコンバータ２で直流変換した電力を負荷機器８に供給することができる。
【００１３】
次に図１に示した無停電電源装置の動作について説明する。
【００１４】
▲１▼商用電源の受電時
負荷機器８と充電器７に供給される電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５からの出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２（もしくはＷ１＞Ｗ２）の場合には、すなわち、外部直流電源４の出力で負荷機器８への供給電力を十分まかなうことができる場合には第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２をコンバータ２の出力電圧Ｖ１よりも高く（Ｖ２＞Ｖ１）制御する。
【００１５】
このような場合、Ｗ２は全て外部直流電源４から供給されるため、商用電源は利用しなくてもよい。外部直流電源４の出力電力が低下したり、負荷機器８への供給電力が増加することによってＷ１＜Ｗ２（もしくはＷ１≦Ｗ２）となった場合には、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２をコンバータ２の出力電圧Ｖ１と同じになるように制御し、コンバータ２からは不足電力であるＷ３、すなわちＷ２−Ｗ１を供給する。このように、外部直流電源４から供給される電力を最大限に利用するため、商用電源の使用電力を削減でき、運用にかかる費用を低減することができる。また、コンバータ２は常時動作しないので、従来の常時コンバータが動作する無停電電源装置に比較して電力損出を抑制することができる。なお、二次電池９を充電する電力負荷が負荷機器８よりも極めて低い場合には負荷機器８への供給電力のみをＷ２としても実質上は問題ない。
【００１６】
▲２▼商用電源の停電時
Ｗ１≧Ｗ２（もしくはＷ１＞Ｗ２）の場合には、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２を第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖ３よりも高く（Ｖ２＞Ｖ３）制御する。このような制御を行えば、二次電池の放電を行うことなく、外部直流電源４から負荷機器８へ電力が供給される。Ｗ１＜Ｗ２であれば、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２を第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖ３と同じになるように制御し、不足電力であるＷ３、すなわちＷ２−Ｗ１が二次電池９から第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して供給される。なお、このとき、充電器７は充電を停止してもよいものとする。
【００１７】
このように、外部直流電源４から供給される電力を最大限に利用するため、内蔵された二次電池のみで供給していた従来の方法よりもバックアップ時間の延長が可能となる。また、従来と同じバックアップ時間の場合には、より容量の小さな二次電池を用いることができ、装置全体の価格を低減することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明による無停電電源装置によれば、商用電源の受電時においては商用電力の消費量を削減するとともに、コンバータでの損失電力量を低減することができる。さらに商用電源が停電した場合には二次電池の放電量を削減することにより、バックアップ時間を長く確保できるとともに、二次電池容量を従来のものよりも小さなものを選択することができるので、装置の価格を低減できるという効果をも得ることができることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による無停電電源装置のブロック図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ コンバータ
３ 制御回路
４ 外部直流電源
５ 第１のＤＣ／ＤＣコンバータ
６ インバータ
７ 充電器
８ 負荷機器
９ 二次電池
１０ 第２のＤＣ／ＤＣコンバータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池パネル，燃料電池等の外部直流電源を補助電源とし、商用電源と連立運転させ、接続された負荷機器へ電力を供給する無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の常時インバータ給電方式の無停電電源装置では、商用電源の受電時は、常にコンバータ回路およびインバータ回路を介して接続された負荷機器へ電力を供給する。また、商用電源の停電時は、商用電源に代わり内蔵された二次電池を電源として接続された無停電電源装置に接続された負荷機器へ電力を供給する。
【０００３】
したがって、商用電源の停電時は商用電源に代わり内蔵された二次電池を電源として接続された負荷機器に電力を供給するため、無停電電源装置のバックアップ時間はその二次電池の容量によって決められる。したがって、負荷と必要なバックアップ時間に応じて二次電池の容量が決定され、負荷が大きい場合やバックアップ時間が長時間にわたる場合には自ずと大容量の二次電池が必要となるという課題がある。
【０００４】
また、商用電源の受電時には商用電源から入力された電力がコンバータとインバータを常時介した状態で負荷機器に供給されるため、無停電電源装置の内部での損出電力が発生するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記した従来の常時インバータ給電方式の無停電電源装置の欠点であるコンバータとインバータとで発生する損出を低減するとともに、必要とする二次電池の容量を低減し、商用電源使用量を低減した無停電電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、交流商用電源からの交流電力をコンバータを介して制御回路に入力し、外部直流電源からの直流電力を第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、この制御回路からの出力をインバータを介して負荷機器に電力を供給するとともに、制御回路からの出力の一部を充電器を介して二次電池に入力し、この二次電池の出力を第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、制御回路は交流商用電源受電時には外部直流電源単独もしくは直流電源および交流商用電源の双方からの出力から負荷機器へ電力を供給すると同時に充電器を介して二次電池を充電するように制御し、かつ商用電源受電時において負荷機器および充電器への供給電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合にはコンバータの出力電圧をＶ１、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２とした時にＶ２＞Ｖ１とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ１に制御し、交流商用電源の停電時には外部直流電源単独もしくは外部直流電源および二次電池の双方の出力を負荷機器へ供給するように制御する無停電電源装置を示すものである。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１の構成を備えた無停電電源装置において、商用電源停電時において負荷機器および充電器への供給電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合には第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ３とした時にＶ２＞Ｖ３とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ３に制御することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の発明は、交流商用電源からの交流電力をコンバータを介して制御回路に入力し、外部直流電源から直流電力を第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、制御回路からの出力をインバータを介して負荷機器に電力を供給するとともに、制御回路からの出力の一部を充電器を介して二次電池に入力し、二次電池の出力を第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して制御回路に入力し、制御回路は交流商用電源受電時には外部直流電源単独もしくは外部直流電源および交流商用電源の双方からの出力から負荷機器へ電力を供給すると同時に充電器を介して二次電池を充電するように制御し、交流商用電源の停電時には外部直流電源単独もしくは外部直流電源および前記二次電池双方の出力を負荷機器へ供給するように制御し、かつ商用電源停電時において負荷機器および充電器への供給電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合には第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ３とした時にＶ２＞Ｖ３とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ３に制御することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による無停電電源装置の構成を図１に示す。
【００１０】
図１に示したように商用電源１からの交流電力はコンバータ２で電圧Ｖ１の直流電力に変換され、制御回路３に入力される。この制御回路３にはこの商用電源１の他に外部直流電源４からの直流出力が第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して電圧をＶ２に変換して入力される。
【００１１】
ここで外部直流電源４としては燃料電池，太陽光発電装置，風力発電装置等の商用電源１から独立した直流電源で構成される。
【００１２】
制御回路３からの出力はインバータ６および充電器７へ入力される。インバータ６へ入力された直流電力は交流電力に変換されて負荷機器８へ供給される。充電器７には二次電池９が接続されてこの二次電池９を充電するとともに、二次電池９の出力は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して直流電圧Ｖ３に変換して制御回路３に入力される。なおリレー１１を操作してバイパス回路１２を経由してコンバータ２で直流変換した電力を負荷機器８に供給することができる。
【００１３】
次に図１に示した無停電電源装置の動作について説明する。
【００１４】
▲１▼商用電源の受電時
負荷機器８と充電器７に供給される電力の和をＷ２とし、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５からの出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２（もしくはＷ１＞Ｗ２）の場合には、すなわち、外部直流電源４の出力で負荷機器８への供給電力を十分まかなうことができる場合には第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２をコンバータ２の出力電圧Ｖ１よりも高く（Ｖ２＞Ｖ１）制御する。
【００１５】
このような場合、Ｗ２は全て外部直流電源４から供給されるため、商用電源は利用しなくてもよい。外部直流電源４の出力電力が低下したり、負荷機器８への供給電力が増加することによってＷ１＜Ｗ２（もしくはＷ１≦Ｗ２）となった場合には、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２をコンバータ２の出力電圧Ｖ１と同じになるように制御し、コンバータ２からは不足電力であるＷ３、すなわちＷ２−Ｗ１を供給する。このように、外部直流電源４から供給される電力を最大限に利用するため、商用電源の使用電力を削減でき、運用にかかる費用を低減することができる。また、コンバータ２は常時動作しないので、従来の常時コンバータが動作する無停電電源装置に比較して電力損出を抑制することができる。なお、二次電池９を充電する電力負荷が負荷機器８よりも極めて低い場合には負荷機器８への供給電力のみをＷ２としても実質上は問題ない。
【００１６】
▲２▼商用電源の停電時
Ｗ１≧Ｗ２（もしくはＷ１＞Ｗ２）の場合には、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２を第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖ３よりも高く（Ｖ２＞Ｖ３）制御する。このような制御を行えば、二次電池の放電を行うことなく、外部直流電源４から負荷機器８へ電力が供給される。Ｗ１＜Ｗ２であれば、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ２を第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖ３と同じになるように制御し、不足電力であるＷ３、すなわちＷ２−Ｗ１が二次電池９から第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して供給される。なお、このとき、充電器７は充電を停止してもよいものとする。
【００１７】
このように、外部直流電源４から供給される電力を最大限に利用するため、内蔵された二次電池のみで供給していた従来の方法よりもバックアップ時間の延長が可能となる。また、従来と同じバックアップ時間の場合には、より容量の小さな二次電池を用いることができ、装置全体の価格を低減することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明による無停電電源装置によれば、商用電源の受電時においては商用電力の消費量を削減するとともに、コンバータでの損失電力量を低減することができる。さらに商用電源が停電した場合には二次電池の放電量を削減することにより、バックアップ時間を長く確保できるとともに、二次電池容量を従来のものよりも小さなものを選択することができるので、装置の価格を低減できるという効果をも得ることができることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による無停電電源装置のブロック図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ コンバータ
３ 制御回路
４ 外部直流電源
５ 第１のＤＣ／ＤＣコンバータ
６ インバータ
７ 充電器
８ 負荷機器
９ 二次電池
１０ 第２のＤＣ／ＤＣコンバータ
Claims (3)
- 交流商用電源からの交流電力をコンバータを介して制御回路に入力し、外部直流電源から直流電力を第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記制御回路に入力し、前記制御回路からの出力をインバータを介して負荷機器に電力を供給するとともに、前記制御回路からの出力の一部を充電器を介して二次電池に入力し、前記二次電池の出力を第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記制御回路に入力し、前記制御回路は前記交流商用電源受電時には前記外部直流電源単独もしくは前記外部直流電源および前記交流商用電源の双方からの出力から負荷機器へ電力を供給すると同時に前記充電器を介して前記二次電池を充電するように制御し、かつ前記商用電源受電時において前記負荷機器および前記充電器への供給電力の和をＷ２とし、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合には前記コンバータの出力電圧をＶ１、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２とした時にＶ２＞Ｖ１とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ１に制御し、前記交流商用電源の停電時には前記外部直流電源単独もしくは外部直流電源および前記二次電池双方の出力を前記負荷機器へ供給するように制御することを特徴とする無停電電源装置。
- 前記商用電源停電時において前記負荷機器および前記充電器への供給電力の和をＷ２とし、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合には前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ３とした時にＶ２＞Ｖ３とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ３に制御することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
- 交流商用電源からの交流電力をコンバータを介して制御回路に入力し、外部直流電源から直流電力を第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記制御回路に入力し、前記制御回路からの出力をインバータを介して負荷機器に電力を供給するとともに、前記制御回路からの出力の一部を充電器を介して二次電池に入力し、前記二次電池の出力を第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記制御回路に入力し、前記制御回路は前記交流商用電源受電時には前記外部直流電源単独もしくは前記外部直流電源および前記交流商用電源の双方からの出力から負荷機器へ電力を供給すると同時に前記充電器を介して前記二次電池を充電するように制御し、前記交流商用電源の停電時には前記外部直流電源単独もしくは外部直流電源および前記二次電池双方の出力を前記負荷機器へ供給するように制御し、かつ前記商用電源停電時において前記負荷機器および前記充電器への供給電力の和をＷ２とし、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力電力をＷ１とした時に、Ｗ１≧Ｗ２の場合には前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ２、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶ３とした時にＶ２＞Ｖ３とし、Ｗ１＜Ｗ２の場合にはＶ２＝Ｖ３に制御することを特徴とする無停電電源装置。
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001119275A JP4423807B2 (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | 無停電電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002315229A JP2002315229A (ja) | 2002-10-25 |
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2001
- 2001-04-18 JP JP2001119275A patent/JP4423807B2/ja not_active Expired - Fee Related
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