JP6305830B2 - Uninterruptible power system - Google Patents
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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。 The present invention is an uninterruptible power supply device that continues to supply power to a load device regardless of the stop of power supply from a commercial AC power supply, and in particular, a combination of a system connected to a commercial power supply and a system connected to a fuel cell Relates to an uninterruptible power supply.
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。
Conventionally, as disclosed in
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。 By using a fuel cell for the uninterruptible power supply as described above, it becomes possible to increase the backup time without increasing the capacity of the storage battery built in the uninterruptible power supply, but the fuel cell takes time to start up. Therefore, when using it for an uninterruptible power supply, it is necessary to supply power to the load equipment from the storage battery until the fuel cell is completely started after a power failure occurs. When switching between power supply from the storage battery, the power supply operation may become unstable. In particular, when a power failure and power recovery occur repeatedly in a short period of time with a commercial power source, for example, if power is restored after a power failure and then a power failure occurs again, the uninterruptible power supply receives the first power failure and fuel The battery is activated to supply power to the load device, and then the fuel cell is stopped when power is restored. For this reason, if a power failure occurs again after entering the fuel cell shutdown process, power must be supplied from the storage battery to the load device, and the storage battery that has been discharged once at the time of the first power failure will be used again. Cannot be avoided.
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。 In this way, the capacity of the storage battery is reduced due to repeated occurrences of power outages and power restorations, or the power outage is performed with a storage battery whose charging capacity is intentionally lowered as a safety measure during transportation attached to the uninterruptible power supply. If this occurs, there is a possibility that the power supply to the load device until the fuel cell is activated cannot be sufficiently performed from the storage battery, which may hinder the operation of the load device.
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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an uninterruptible power supply device having a stable power supply operation.
(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。 (1) In order to achieve the above object, the present invention starts when an electric power supply from a commercial power supply is stopped in an uninterruptible power supply device comprising a combination of a power supply system connected to a commercial power supply and a fuel cell. A fuel cell that outputs direct current power, a storage battery that stores electric power supplied from the fuel cell and electric power supplied from a commercial power source, and alternating current power supplied from the commercial power source to direct current power to convert the fuel into the fuel cell A first AC / DC converter that supplies power for driving the battery, power for charging the storage battery, and power for external output to an external load device connected to the uninterruptible power supply, and a commercial power supply A second AC / DC converter that converts AC power into DC power and supplies it as external output power to an external load device connected to the uninterruptible power supply; the fuel cell; and the first A DC / AC inverter that converts DC power output from each of the AC / DC converter, the second AC / DC converter, and the storage battery into AC power and outputs the AC power, and a current value that is output from the fuel cell. A fuel cell state monitoring unit that determines the operating state of the fuel cell, and a control unit that controls the operation of the entire uninterruptible power supply, and the control unit determines the state of the fuel cell that is determined by the fuel cell state monitoring unit And the presence / absence of electric power supplied from a commercial power source, the on / off switching control of the operations of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter is independently performed, and the charging of the storage battery is performed. An uninterruptible power supply characterized by controlling discharge operation is proposed.
(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。 (2) When the proposed uninterruptible power supply (1) is in a state where power is supplied from a commercial power source and the fuel cell state monitoring unit determines that power generation is being performed by the fuel cell, By turning on the operation of the second AC / DC converter while turning off the operation of the first AC / DC converter and charging the storage battery with electric power generated by the fuel cell, It is desirable to maintain a state where power generation is performed.
(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。 (3) The uninterruptible power supply proposed in (1) above supplies power from the storage battery to an external load device via the DC / AC inverter when power supply from a commercial power supply is stopped. The operation of the second AC / DC converter and the first AC / DC converter are kept on in the same state as before the power supply from the commercial power supply is stopped, and the fuel cell state monitoring unit supplies power in the fuel cell. When it is determined that power generation is performed in a possible state, the operation of the second AC / DC converter is kept on, while the operation of the first AC / DC converter is turned off, and the external load device It is desirable to supply power to the battery and charge the storage battery with power generated by the fuel cell.
(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。 (4) Further, the proposed uninterruptible power supply (3) is configured such that when the power supply from the commercial power supply is stopped and the power is restored from the power failure state, the second AC / DC converter and the first AC / DC Charging with the power generated by the fuel cell until the charge rate of the storage battery reaches a predetermined ratio with respect to full charge while maintaining the operation of the DC converter in the state at the time of a power failure, the fuel cell state monitoring unit It is desirable to turn on the operation of the first AC / DC converter as soon as it is determined from the current value that the operation has completely stopped.
(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。 (5) In the proposed uninterruptible power supply (3), the fuel cell state monitoring unit detects that the power generation operation of the fuel cell has stopped while the power supply from the commercial power supply is stopped. Is detected, the operation of the second AC / DC converter is kept on, while the operation of the first AC / DC converter is turned on, and the power supplied to the external load device is supplied by the power stored in the storage battery. It is desirable to do.
(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。 (1) According to the proposed invention, as an AC / DC converter that converts AC power supplied from a commercial power source into DC power, it is connected to an external load device connected to the uninterruptible power supply and to the uninterruptible power supply. A first AC / DC converter that supplies power to each of the fuel cell and the storage battery provided in the uninterruptible power supply, and a second that only supplies power to external load devices connected to the uninterruptible power supply Two types of AC / DC converters are provided. Then, the operating state of the fuel cell determined from the value of the current input from the fuel cell to the uninterruptible power supply and the presence or absence of power supplied from the commercial power source to the uninterruptible power supply are grasped, and the first The AC / DC converter and the second AC / DC converter are independently switched on and off to perform power supply to the external load device and charge / discharge control of the storage battery. As a result, in a normal use state in which power is supplied to the external load device via the DC / AC inverter while receiving power supply from the commercial power supply, the charging current value to the storage battery is rated by the first AC / DC converter. The power supply to the external load device can be increased while the storage battery is protected to the following level. On the other hand, in a power outage state in which power supply from the commercial power supply is lost, for example, in a state where power is supplied from the storage battery to the external load device until the fuel cell is started, the first AC / DC converter is turned on. In this state, when the power supply is restored, the fuel cell that has been started by turning off the first AC / DC converter is now maintained. Thus, it is possible to perform control to maintain the operation as it is, and to stabilize the power supply operation to the external load device.
(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。 (2) According to the proposed invention, power is supplied to an external load device via a DC / AC inverter while receiving power from a commercial power source, and the fuel cell is activated When power generation is performed, the operation of the second AC / DC converter is turned on to supply power to the external load device with the power supplied from the commercial power supply, and at the same time, the operation of the first AC / DC converter is performed. The battery is charged with the power generated by the fuel cell. As a result, the state in which the fuel cell is generating power can be maintained, and the operation of the uninterruptible power supply can be prevented from becoming unstable due to the fuel cell being repeatedly started and stopped more than necessary.
(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。 (3) According to the proposed invention, when power supply from the commercial power supply is stopped and a power failure occurs, power is supplied from the built-in storage battery to the external load device via the DC / AC inverter, and the first AC / The operations of the DC converter and the second AC / DC converter are kept on as in the state before the power supply from the commercial power supply is stopped. Next, when the start of the fuel cell is completed and power generation is possible, the power generated by the fuel cell is generated by supplying power to the external load device and charging the storage battery by turning off the operation of the first AC / DC converter. Do by. As a result, the fuel cell can be kept in an activated state, and even when a commercial power failure and power recovery occur repeatedly in a relatively short time, the fuel cell is started and stopped each time. The power supply to the external load device and the charging to the storage battery can be stably performed without performing.
(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。 (4) According to the proposed invention, when the commercial power supply recovers from the power failure state, the operations of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter are maintained in the same state as at the time of the power failure. The fuel cell is activated, and charging is performed with the power generated by the fuel cell until the charge rate of the storage battery reaches a predetermined ratio. Then, when it is detected that the charging rate of the storage battery has reached a predetermined ratio and the operation of the fuel cell is stopped, the first AC / DC converter is switched on. As a result, when power is restored from a state where the commercial power supply has been cut off, charging is performed from the fuel cell until the charge rate of the storage battery reaches a predetermined ratio without immediately stopping the fuel cell. Even if a storage battery whose remaining charge is low due to a power failure is still not fully charged, power is supplied to the external load device from the fuel cell, eliminating the risk of excessive discharge of the storage battery. At the same time, it is possible to prevent a situation in which the power supply to the external load device is interrupted due to the battery being out of charge. Further, when it is detected that the charging rate of the storage battery has reached a predetermined ratio and the power generation operation of the fuel cell is stopped, the first AC / DC converter is immediately turned on, and the power of the commercial power supply is passed through the DC / AC inverter. Since it supplies to external load equipment, consumption of the electric power charged to the storage battery can be reduced as much as possible. As long as the power failure does not recur between the time when the commercial power supply is restored and the time when the charge rate of the storage battery is charged to a predetermined rate, the second AC / DC converter supplies power to the external load device from the commercial power supply. Therefore, efficient power supply with little power loss can be performed.
(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。 (5) According to the proposed invention, when it is detected that the power generation operation of the fuel cell is stopped while the commercial power supply is in a power failure state, it is determined that the fuel cell has run out of fuel, and the first AC / DC converter is Is switched from the off state until on, and power is supplied to the external load device from the storage battery. Accordingly, the control operation for starting the fuel cell when the commercial power source is restored is not performed, and accordingly, power can be supplied to the external load device from the commercial power source immediately after the power restoration.
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。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
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。
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing an operation when the
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。
The operation of charging the
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。
Next, the operation when the
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。
Next, the operating state of the fuel cell is judged by the fuel cell state monitoring unit 7 and when it is confirmed that the fuel cell is generating power (S11), the operation of the fuel cell backup / charge mode is started ( S12). In this operation mode, the load AC / DC converter 2-2 is kept on, while the charging AC / DC converter 2-1 is turned off, and the
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。
When the
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。
Next, based on the flowchart of FIG. 4, the operation when the fuel cell runs out of fuel while the
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。 The uninterruptible power supply according to the present invention is a device that continuously supplies power to a load device at the time of a power failure, and in particular, by providing both a storage battery and a fuel cell, a long-time power backup operation for the load device is performed. It can be used for applications to be performed.
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
1 Commercial power supply 2-1 Charging AC / DC converter (first AC / DC converter)
2-2 Load AC / DC converter (second AC / DC converter)
3
5 DC / AC inverter 6 Control unit 7 Fuel cell state monitoring unit 8-1 Heater 8-2 Auxiliary heater 9
Claims (5)
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。 In an uninterruptible power supply consisting of a combination of a power supply system connected to a commercial power source and a fuel cell,
A fuel cell that starts when the power supply from the commercial power supply stops and outputs DC power; and
A storage battery for storing electric power supplied from the fuel cell and electric power supplied from a commercial power source;
AC power supplied from a commercial power source is converted into DC power to drive power to the fuel cell, charge power to the storage battery, and power for external output to an external load device connected to the uninterruptible power supply A first AC / DC converter to supply;
A second AC / DC converter that converts AC power supplied from a commercial power source into DC power and supplies it as external output power to an external load device connected to the uninterruptible power supply;
A DC / AC inverter that converts DC power output from each of the fuel cell, the first AC / DC converter, the second AC / DC converter, and the storage battery into AC power and outputs the AC power;
A fuel cell state monitoring unit that determines an operating state of the fuel cell based on a current value output from the fuel cell;
A control unit that controls the operation of the entire uninterruptible power supply,
The control unit grasps the state of the fuel cell determined by the fuel cell state monitoring unit and the presence / absence of power supplied from a commercial power source, and the first AC / DC converter and the second AC / DC An uninterruptible power supply, wherein the operation of the converter is independently controlled to be switched on and off, and the charge / discharge operation of the storage battery is controlled.
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