JP7199197B2 - バックアップ電源システム - Google Patents

Description

本発明は、商用電源をバックアップするバックアップ電源システムに関する。

従来から、耐災害性を強化するために様々な設備においてバックアップ電源が使用されている。例えば、通信インフラにおいては、基地局設備においてバックアップ電源が設置されている。このようなバックアップ電源としては、主に鉛蓄電池が利用されているが、そのエネルギー密度の低さからバックアップ電源の増設が困難な場合がある。そこで、近年では、エネルギー密度が高く、小型であり、かつ、長時間のバックアップが可能な燃料電池がバックアップ電源として注目されている。例えば、下記特許文献１～３には、燃料電池を用いた電源システムが開示されている。

特開２００７－２２８７２８号公報 特開２０１６－６６６１３号公報 特開２０１７－１１７６７３号公報

燃料電池を用いた電源システムにおいては、商用電力の停電時にバックアップできるように、停電時に燃料電池を確実に起動することが求められる。

そこで、本発明の一側面は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、商用電力の停電時に確実に電力をバックアップできるバックアップ電源システムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一側面にかかるバックアップ電源システムは、蓄電池と、燃料電池と、蓄電池と燃料電池とが接続される直流バスと、商用電力を受けて交流電力を直流電力に変換して、直流電力を直流バスに出力するコンバータと、直流バスに出力される直流電力を交流電力に変換して、交流電力を出力するインバータと、商用電力とインバータから出力される交流電力とを切り替えて負荷側に出力する切替回路と、商用電力の停電状態に応じて切替回路の切り替えを制御する制御部と、を備え、コンバータは、直流電力を、燃料電池の通常運転時の出力電圧よりも高く、かつ、蓄電池における燃料電池の起動に必要な充電電圧以上の電圧となるように出力する。

上記の側面によれば、商用電力の停電状態に応じて商用電力と蓄電池あるいは燃料電池から出力される電力とのいずれかを切り替えて負荷側に出力できる。このとき、コンバータが燃料電池の出力電圧より高い直流電力を出力するので、蓄電池及び燃料電池に対して常時給電することができる。さらに、コンバータの出力電圧は燃料電池の起動に必要な充電電圧以上に設定されているので、停電時に燃料電池を確実に起動させることができる。その結果、商用電力の停電時に確実に電力をバックアップすることができる。

本発明の一側面によれば、商用電力の停電時に確実に電力をバックアップすることができる。

本発明の好適な一実施形態にかかるバックアップ電源システム１の構成を示すブロック図である。 図１の燃料電池システム５の構成を示すブロック図である。である。 図２の制御部２７の機能構成を示すブロック図である。 図１のバックアップ電源システム１の動作手順を示すフローチャートである。 本開示の一実施の形態に係る制御部２７のハードウェア構成の一例を示す図である。 変形例にかかる燃料電池システム５Ａの構成を示すブロック図である。である。 図６の制御部２７Ａの機能構成を示すブロック図である。 変形例にかかるバックアップ電源システムの動作手順を示すフローチャートである。

添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態にかかるバックアップ電源システム１の構成を示すブロック図である。このバックアップ電源システム１は、通信インフラを構成する基地局装置等の各種装置に電力を供給する電源システムである。なお、図中においては、通常時の電力の伝送経路を矢印付きの実線で示し、停電時の電力の伝送経路を矢印付きの点線で示している。

図１に示すように、バックアップ電源システム１は、交流分電盤３、燃料電池システム５、切替回路７、ＵＰＳ９、及び配電盤１１を含んで構成されている。交流分電盤３は、商用電力系統１３に接続され、商用電力系統１３から送電される商用交流電力を切替回路７及び燃料電池システム５に分配する。切替回路７は、交流分電盤３から分配された交流電力と、燃料電池システム５から出力された交流電力とのうちのいずれかを切り替えて出力する。この切替回路７は、燃料電池システム５からの制御に応じて出力する交流電力を切り替える。ＵＰＳ９は、切替回路７から出力された交流電力を、配電盤１１を経由して、バックアップ機器１５Ａ、照明・空調設備１５Ｂ、及びその他の装置１５Ｃ等の負荷に供給する。バックアップ機器１５Ａの一例は、基地局装置である。ＵＰＳ９は、入力される交流電力において瞬断が発生した場合に安定して交流電力を出力することができる無停電電源装置である。

以下、燃料電池システム５の各構成要素について説明する。図２は、燃料電池システム５の構成を示すブロック図である。燃料電池システム５は、交流入力端子Ｐ_ＩＮ、交流出力端子Ｐ_ＯＵＴ、停電センサ１７、逆潮流防止回路１９、コンバータ２１、蓄電池２３、燃料電池２５、制御部２７、インバータ２９、及び直流バスＢＵＳを備える。なお、図中においては、電力の伝送経路を実線で示し、燃料電池システム５の各構成要素間で送受信される制御信号の伝達経路を矢印付きの一点鎖線で示している。

交流入力端子Ｐ_ＩＮは、交流分電盤３に交流電力線を介して電気的に接続され、交流分電盤３から分配された商用交流電力を受ける。停電センサ１７は、交流入力端子Ｐ_ＩＮと逆潮流防止回路１９との間の交流電力線Ｗ１の途中に設けられ、交流入力端子Ｐ_ＩＮから出力された商用交流電力における停電を検出し、その検出結果に応じて停電の有無を示す検出信号を制御部２７に伝達する。例えば、停電センサ１７は、交流電力線Ｗ１上での交流電圧を検出することによって、停電の有無を検出する。

逆潮流防止回路１９は、その入力が交流電力線Ｗ１を介して交流入力端子Ｐ_ＩＮに接続され、その出力が交流電力線Ｗ２を介してコンバータ２１の入力に接続され、商用交流電力の通常供給時に交流入力端子Ｐ_ＩＮから出力された商用交流電力をコンバータ２１に入力し、商用交流電力の停電時に交流入力端子Ｐ_ＩＮとコンバータ２１との間の接続を遮断する。これにより、停電時に蓄電池２３あるいは燃料電池２５から商用電力系統１３への逆潮流を防止できる。この逆潮流防止回路１９は、制御部２７の制御によって、交流入力端子Ｐ_ＩＮとコンバータ２１との接続を遮断する。

コンバータ２１は、その出力が直流電力を伝送する直流バスＢＵＳに接続され、逆潮流防止回路１９から入力される商用交流電力を直流電力に変換して、その直流電力を直流バスＢＵＳに出力する。このとき、コンバータ２１は、出力する直流電力における直流電圧を調整することによって、停電時に直流バスＢＵＳに直流電力を供給する機器の優先順位を設定するように構成されている（詳細は後述する）。また、コンバータ２１は、停電時の制御部２７による制御により、直流電力の出力を停止して直流バスＢＵＳとの接続を切断する。

インバータ２９は、その入力が直流バスＢＵＳに接続され、その出力が交流電力線Ｗ３を介して交流出力端子Ｐ_ＯＵＴに接続され、直流バスＢＵＳから入力される直流電力を所定電圧（１００Ｖ、２００Ｖ等）の交流電力に変換して交流出力端子Ｐ_ＯＵＴに出力する。交流出力端子Ｐ_ＯＵＴは、交流電力線Ｗ４を介して切替回路７に接続され、インバータ２９の出力する交流電力は、切替回路７に入力される。

蓄電池２３は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の蓄電池であり、その容量値及び充放電特性が、燃料電池２５の起動時間の間に燃料電池２５に給電した際に、放電電圧が燃料電池２５の起動時の入力電圧の許容範囲を下回らないように設定されている。この蓄電池２３は、両極が直流バスＢＵＳに接続されており、商用交流電力の停電時に、直流バスＢＵＳを経由して燃料電池２５に起動に必要な直流電力を供給するとともに、直流バスＢＵＳを経由してインバータ２９に向けて余剰の直流電力を出力する。この直流電力は、インバータ２９によって交流電力に変換されて負荷側に供給される。また、蓄電池２３は、充電状態、放電状態、及び放電電圧等の内部監視情報を制御部２７に伝達することが可能である。

燃料電池２５は、外部からのガス及び水の供給により水を電気分解して直流電力を発電する発電装置である。燃料電池２５としては、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell：固体酸化物型燃料電池）あるいはＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell:固体高分子型燃料電池）等が採用されうるが、起動時間が比較的短く、低温での発電が可能な点で、ＰＥＦＣを採用することが好ましい。この燃料電池２５は、両極が、蓄電池２３と並列に直流バスＢＵＳに接続されており、商用交流電力の停電時に、直流バスＢＵＳからの直流電力の供給により、発電の待機状態から、安定して電気分解反応を継続させて所定の出力電圧（例えば、４８Ｖ）で発電可能な状態である起動状態に移行する。また、燃料電池２５は、商用交流電力の通常供給時に、コンバータ２１から直流バスＢＵＳに出力される直流電力を受けて、発電の待機状態を維持する。この待機状態においては、燃料電池２５において、起動時のレスポンスの向上と性能維持を目的とした慣らし運転、部品の保温、キャビネット内の温度管理（例えば、所定温度範囲内（例えば、０度以上）に維持すること）、及び、発電電圧などを監視する監視部への通電が行われる。なお、燃料電池２５の起動状態への移行（以下、単に、「燃料電池の起動」ともいう。）、及び燃料電池２５の起動状態から待機状態への移行（以下、単に、「燃料電池の停止」ともいう。）は、制御部２７によって制御される。

制御部２７は、商用交流電力の停電の有無を監視し、その監視状態に応じてバックアップ電源システム１の各部の動作を制御する制御装置である。図３には、制御部２７の機能構成を示す。同図に示すように、制御部２７は、交流電圧監視部３１、逆潮流防止回路切替部３３、コンバータ制御部３５、インバータ制御部３７、タイマー３９、燃料電池システム切替部４１、及び燃料電池起動部４３を含んで構成される。

制御部２７の交流電圧監視部３１は、停電センサ１７から伝達された検出信号を基に、商用交流電力の停電を検出する。制御部２７の逆潮流防止回路切替部３３は、商用交流電力の停電の検出に応じて、逆潮流防止回路１９を制御することにより、交流入力端子Ｐ_ＩＮとコンバータ２１との接続を遮断する。また、逆潮流防止回路切替部３３は、商用交流電力の復電の検出に応じて、逆潮流防止回路１９を制御することにより、交流入力端子Ｐ_ＩＮとコンバータ２１との間を再接続する。

制御部２７のコンバータ制御部３５は、商用交流電力の停電の検出状態に応じて、コンバータ２１による直流電力の出力あるいは出力停止を制御する。制御部２７のインバータ制御部３７は、インバータ２９による直流電力から交流電力への変換動作を制御する。

制御部２７のタイマー３９は、交流電圧監視部３１の検出状態を基に商用交流電力の停電の継続時間を計時する。また、タイマー３９は、交流電圧監視部３１の検出状態を基に商用交流電力の復電の継続時間も計時する。

制御部２７の燃料電池システム切替部４１は、商用交流電力の停電の継続時間が所定時間（例えば、１０秒）に至ったタイミングで、切替回路７を制御して、出力電力を燃料電池システム５からの交流電力に切り替える。また、燃料電池システム切替部４１は、商用交流電力の復電の継続時間が所定時間（例えば、１０秒）に至ったタイミングで、切替回路７を制御して、出力電力を商用交流電力に切り替える。

制御部２７の燃料電池起動部４３は、商用交流電力の停電の継続時間が所定時間（例えば、１０秒）に至ったタイミングで、燃料電池２５の起動の開始を制御する。また、燃料電池起動部４３は、商用交流電力の復電の継続時間が所定時間（例えば、１０秒）に至ったタイミングで、燃料電池２５の停止を制御する。

ここで、コンバータ２１の動作についてより詳細に説明する。コンバータ２１の商用交流電力の通常供給時の出力電圧は、燃料電池２５の通常運転時の出力電圧（例えば、４８Ｖ）よりも高く、かつ、蓄電池２３における燃料電池２５の起動に必要な充電電圧（例えば、５２Ｖ）以上の電圧となるように設定されている。この「起動に必要な充電電圧」は、蓄電池２３の容量、燃料電池２５の起動時間、燃料電池２５の起動時の入力電圧の許容範囲、及び起動時の入力電流値の兼ね合いで決定される。このように設定されることにより、停電時に直流バスＢＵＳに直流電力を供給する機器の優先順位を設定することができ、コンバータ２１の入力電力の喪失後も燃料電池２５の起動までの間、蓄電池２３から燃料電池２５に直流給電を行うことができる。

具体的には、商用交流電力の通常供給時には、コンバータ２１からの出力により、燃料電池２５に給電されるとともに蓄電池２３が浮動充電される。一方、商用交流電力の停電時には、コンバータ２１の出力が停止され、燃料電池２５が起動するまでの間は蓄電池２３から燃料電池２５及び負荷側に給電され、燃料電池２５が起動した後は、燃料電池２５によって蓄電池２３がその出力電圧に至るまで充電されるとともに、燃料電池２５から負荷側に給電される。さらに、商用交流電力の復電時には、コンバータ２１の出力が再開されることにより、蓄電池２３の回復充電が行われるとともに待機状態の燃料電池２５に給電される。

次に、上述した構成のバックアップ電源システム１の動作について説明する。図４はバックアップ電源システム１の動作手順を示すフローチャートである。

まず、バックアップ電源システム１の動作が開始されると、商用電力系統１３からの商用交流電力の供給を受けて、切替回路７が交流分電盤３側に切り替えられることにより、負荷側に商用交流電力が給電される（ステップＳ１）。その後、燃料電池システム５によって商用交流電力の停電の有無が継続して検出される（ステップＳ２）。その結果、停電が検出されなかった場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、コンバータ２１の運転が維持され直流バスＢＵＳへの直流電力の出力が持続される（ステップＳ３）。その結果、蓄電池２３が、予め設定された充電電圧に至るまで充電される（ステップＳ４）。それと同時に、コンバータ２１の出力に基づいて待機状態にある燃料電池２５に給電される（ステップＳ５）。また、このとき、インバータ２９は通常に運転されるが（ステップＳ６）、インバータ２９の出力は切替回路７の動作により負荷側には供給されない。

一方、停電が検出された場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、コンバータ２１の運転が停止され、コンバータ２１から直流バスＢＵＳへの直流電力の出力が停止される（ステップＳ７）。そして、燃料電池２５が起動するまでの間は、蓄電池２３から燃料電池２５に給電されるとともに、蓄電池２３から出力される余剰の直流電力がインバータ２９に出力される（ステップＳ８）。さらに、蓄電池２３から出力される余剰の直流電力は、インバータ２９によって交流電力に変換されて負荷側に出力される（ステップＳ９）。その後、動作をステップＳ２に戻して、再度停電の検出を繰り返す。

さらに、停電の継続時間が所定時間に至ったか否かが判定される（ステップＳ１０）。判定の結果、停電の継続時間が所定時間に至っていない場合には（ステップＳ１０；Ｎｏ）、動作をステップＳ２に戻して、再度停電の検出を繰り返す。その一方で、停電の継続時間が所定時間に至った場合には（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、逆潮流防止回路１９において、直流バスＢＵＳと商用電力系統１３との間の接続を切り離すように制御されるとともに、切替回路７が燃料電池システム５側に切り替えられる（ステップＳ１１）。加えて、燃料電池２５の起動を開始するように制御される（ステップＳ１２）。この起動の制御は、制御部２７から燃料電池２５に伝達される制御信号によって行われるが、この制御信号は接点信号であってもよい。このような接続の切り離し、切り替え、あるいは、燃料電池２５の起動が、タイマー３９によって計時された継続時間に基づいて行われるのは、商用交流電力の瞬断などによる不安定な動作を防止するためである。

この際、燃料電池２５が起動するまでの間は、通常時に充電電圧に至るまで充電されていた蓄電池２３から燃料電池２５に対して給電されると同時に、蓄電池２３からインバータ２９及び切替回路７を経由して負荷側に給電される。例えば、このとき、蓄電池２３の端子間電圧が充電電圧から低下（例えば、充電電圧５２Ｖから４６Ｖに低下）した状態で燃料電池２５が起動したと仮定すると、その後、燃料電池２５からの給電により、蓄電池２３が燃料電池２５の起動時の出力電圧（例えば、４８Ｖ）に至るまで充電される。それとともに、燃料電池２５からインバータ２９及び切替回路７を経由して負荷側に給電される。

その後、復電の継続時間が所定時間に至ったか否かが判定される（ステップＳ１３，Ｓ１４）。判定の結果、復電の継続時間が所定時間に至っていない場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ、又はステップＳ１４；Ｎｏ）、再度復電の継続時間の判定を繰り返す。一方で、復電の継続時間が所定時間に至った場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ、ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、逆潮流防止回路１９において、直流バスＢＵＳと商用電力系統１３との間が接続されるように制御されるとともに、切替回路７が交流分電盤３側に切り替えられる。加えて、燃料電池２５が停止されるように制御された後に（ステップＳ１５）、動作がステップＳ１に戻される。この起動の停止は、制御部２７から燃料電池２５に伝達される制御信号によって行われるが、この制御信号は接点信号であってもよい。このような再接続、切り替え、あるいは、燃料電池２５の停止が、タイマー３９によって計時された継続時間に基づいて行われるのは、商用交流電力の瞬間的な回復などによる不安定な動作を防止するためである。

これにより、商用交流電力が復電した際に、蓄電池２３を商用電力系統１３からの給電により充電電圧に至るまで充電することができると同時に、商用電力系統１３からの給電により燃料電池２５の待機状態を維持することができる。それとともに、商用電力系統１３から交流分電盤３及び切替回路７を経由して負荷側に給電することもできる。

次に、本実施形態のバックアップ電源システム１の作用効果について説明する。このバックアップ電源システム１においては、商用電力系統１３の停電状態に応じて商用交流電力と蓄電池２３あるいは燃料電池２５から出力される電力とのいずれかを切り替えて負荷側に出力できる。このとき、コンバータ２１が燃料電池２５の通常運転時の出力電圧より高い直流電力を出力するので、蓄電池２３及び燃料電池２５に対して常時給電することができる。さらに、コンバータ２１の出力電圧は燃料電池２５の起動に必要な充電電圧以上に設定されているので、停電時に燃料電池２５を確実に起動させることができる。その結果、商用電力系統１３の停電時に、確実な（無瞬断、かつ、長時間の）電力バックアップを実現することができる。さらには、蓄電池２３の容量は、その出力電圧が燃料電池２５の起動時の入力電圧の許容範囲内に収まるような値に設定されているので、確実な電力バックアップが可能とされるとともに、低コスト化も可能となる。

また、上記実施形態では、起動に必要な充電電圧は、燃料電池２５の起動時間の間において蓄電池２３が放電した際に燃料電池２５の起動時の入力電圧の許容範囲を下回らないような値である。このように設定することで、商用交流電力の停電時に燃料電池２５をより確実に起動することができる。その結果、商用交流電力の停電時の長時間の電力のバックアップが可能となる。

また、本実施形態では、商用交流電源の停電発生からの継続時間を計測するタイマー３９をさらに備え、燃料電池システム５の制御部２７は、タイマー３９によって計測される継続時間を基に燃料電池２５の起動開始のタイミングを制御している。このような構成により、簡易な構成で比較的短時間の停電等の場合の不必要な燃料電池２５の起動を防止することができる。

なお、上記実施形態の説明に用いたブロック図は、機能単位のブロックを示している。これらの機能ブロック（構成部）は、ハードウェア及びソフトウェアの少なくとも一方の任意の組み合わせによって実現される。また、各機能ブロックの実現方法は特に限定されない。すなわち、各機能ブロックは、物理的又は論理的に結合した１つの装置を用いて実現されてもよいし、物理的又は論理的に分離した２つ以上の装置を直接的又は間接的に（例えば、有線、無線などを用いて）接続し、これら複数の装置を用いて実現されてもよい。機能ブロックは、上記１つの装置又は上記複数の装置にソフトウェアを組み合わせて実現されてもよい。

機能には、判断、決定、判定、計算、算出、処理、導出、調査、探索、確認、受信、送信、出力、アクセス、解決、選択、選定、確立、比較、想定、期待、見做し、報知（broadcasting）、通知（notifying）、通信（communicating）、転送（forwarding）、構成（configuring）、再構成（reconfiguring）、割り当て（allocating、mapping）、割り振り（assigning）などがあるが、これらに限られない。たとえば、送信を機能させる機能ブロック（構成部）は、送信部（transmitting unit）や送信機（transmitter）と呼称される。いずれも、上述したとおり、実現方法は特に限定されない。

例えば、本開示の一実施の形態における制御部２７は、本開示の電力バックアップの処理を行うコンピュータとして機能してもよい。図５は、本開示の一実施の形態に係る制御部２７のハードウェア構成の一例を示す図である。上述の制御部２７は、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。

なお、以下の説明では、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。制御部２７のハードウェア構成は、図に示した各装置を１つ又は複数含むように構成されてもよいし、一部の装置を含まずに構成されてもよい。

制御部２７における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることによって、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信を制御したり、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び書き込みの少なくとも一方を制御したりすることによって実現される。

プロセッサ１００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ１００１は、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）によって構成されてもよい。例えば、交流電圧監視部３１、逆潮流防止回路切替部３３、コンバータ制御部３５、インバータ制御部３７、タイマー３９、燃料電池システム切替部４１、及び燃料電池起動部４３などは、プロセッサ１００１によって実現されてもよい。

また、プロセッサ１００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュール、データなどを、ストレージ１００３及び通信装置１００４の少なくとも一方からメモリ１００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。プログラムとしては、上述の実施の形態において説明した動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムが用いられる。例えば、制御部２７の交流電圧監視部３１は、メモリ１００２に格納され、プロセッサ１００１において動作する制御プログラムによって実現されてもよく、他の機能ブロックについても同様に実現されてもよい。上述の各種処理は、１つのプロセッサ１００１によって実行される旨を説明してきたが、２以上のプロセッサ１００１により同時又は逐次に実行されてもよい。プロセッサ１００１は、１以上のチップによって実装されてもよい。なお、プログラムは、電気通信回線を介してネットワークから送信されても良い。

メモリ１００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つによって構成されてもよい。メモリ１００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。メモリ１００２は、本開示の一実施の形態に係る電力バックアップ方法を実施するために実行可能なプログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。

ストレージ１００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップなどの少なくとも１つによって構成されてもよい。ストレージ１００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ１００２及びストレージ１００３の少なくとも一方を含むデータベース、サーバその他の適切な媒体であってもよい。例えば、電力バックアップ方法を実行するのに必要な情報を格納する格納部などは、ストレージ１００３で実現されてもよい。

通信装置１００４は、有線ネットワーク及び無線ネットワークの少なくとも一方を介してコンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、例えばネットワークデバイス、ネットワークコントローラ、ネットワークカード、通信モジュールなどともいう。通信装置１００４は、例えば周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）及び時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）の少なくとも一方を実現するために、高周波スイッチ、デュプレクサ、フィルタ、周波数シンセサイザなどを含んで構成されてもよい。例えば、交流電圧監視部３１、逆潮流防止回路切替部３３、コンバータ制御部３５、インバータ制御部３７、燃料電池システム切替部４１、及び燃料電池起動部４３などは、通信装置１００４によって実現されてもよい。

入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサなど）である。出力装置１００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー、LEDランプなど）である。なお、入力装置１００５及び出力装置１００６は、一体となった構成（例えば、タッチパネル）であってもよい。

また、プロセッサ１００１、メモリ１００２などの各装置は、情報を通信するためのバス１００７によって接続される。バス１００７は、単一のバスを用いて構成されてもよいし、装置間ごとに異なるバスを用いて構成されてもよい。

また、制御部２７は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアを含んで構成されてもよく、当該ハードウェアにより、各機能ブロックの一部又は全てが実現されてもよい。例えば、プロセッサ１００１は、これらのハードウェアの少なくとも１つを用いて実装されてもよい。

以上、本開示について詳細に説明したが、当業者にとっては、本開示が本開示中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本開示は、請求の範囲の記載により定まる本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本開示の記載は、例示説明を目的とするものであり、本開示に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

例えば、上述した実施形態のバックアップ電源システム１は、図６及び図７に示す構成に変更されてもよい。図６及び図７に示す変形例にかかるバックアップ電源システムは、直流バスＢＵＳにおける電流及び電圧を検出し、その検出結果に応じて燃料電池２５の起動開始を制御する点において、上記実施形態と異なる。以下、上記実施形態との相違点のみ説明する。

本変形例にかかる燃料電池システム５Ａは、直流バスＢＵＳに接続されて直流バスＢＵＳにおける直流電流及び直流電圧を検出するセンサ３０を備える。このセンサ３０は、検出した直流電流及び直流電圧の値を示す検出信号を制御部２７Ａに伝達する。

本変形例にかかる制御部２７Ａは、電流／電圧監視部４５をさらに備える。この電流／電圧監視部４５は、直流バスＢＵＳにおける直流電流及び直流電圧をセンサ３０からの検出信号を基に検出し、直流電圧が所定電圧以下であること、及び直流電流が所定電流以下であることを判定し、それらの判定結果を燃料電池起動部４３に出力する。つまり、電流／電圧監視部４５は、停電時に直流電圧が所定電圧以下であることを検出することにより、蓄電池２３の充電状態を判定する。また、電流／電圧監視部４５は、停電時に直流電流が所定電流以下であることを検出することにより、商用交流電力が復電して燃料電池２５からの負荷側への給電が停止されていることを判定する。燃料電池起動部４３は、それらの判定結果を基に、燃料電池２５の起動開始のタイミングおよび燃料電池２５の停止のタイミングを制御する。

図８には、本変形例のバックアップ電源システムの動作手順を示している。この動作手順において、ステップＳ１０１～Ｓ１１０の動作は、上記実施形態におけるステップＳ１～Ｓ１０（図４）の動作と同一である。

ステップＳ１１０での判定の結果、停電の継続時間が所定時間に至った場合には（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、逆潮流防止回路１９において、直流バスＢＵＳと商用電力系統１３との間の接続を切り離すように制御されるとともに、切替回路７が燃料電池システム５側に切り替えられる（ステップＳ１１１）。その後、復電の継続時間が所定時間に至ったか否かが判定される（ステップＳ１１２，Ｓ１１３）。判定の結果、復電の継続時間が所定時間に至っていない場合には（ステップＳ１１２；Ｎｏ、又はステップＳ１１３；Ｎｏ）、再度復電の継続時間の判定を繰り返す。一方で、復電の継続時間が所定時間に至った場合には（ステップＳ１１２；Ｙｅｓ、ステップＳ１１３；Ｙｅｓ）、逆潮流防止回路１９において、直流バスＢＵＳと商用電力系統１３との間が接続されるように制御されるとともに、切替回路７が交流分電盤３側に切り替えられた後に（ステップＳ１１４）、動作がステップＳ１０１に戻される。

ステップＳ１１０における停電の継続時間の判定に並行して、直流バスＢＵＳにおける直流電圧が所定電圧以下に低下しているか否かが判定される（ステップＳ１１５）。判定の結果、直流電圧が所定電圧以下に低下していない場合には（ステップＳ１１５；Ｎｏ）、再度直流電圧の判定が繰り返される。一方、直流電圧が所定電圧以下に低下している場合には（ステップＳ１１５；Ｙｅｓ）、燃料電池２５の起動が開始される（ステップＳ１１６）。この直流電流の判定の閾値は、燃料電池２５の起動に必要な充電電圧以上の値に設定されている。次に、直流バスＢＵＳにおける直流電流が所定電流以下に低下しているか否かが判定される（ステップＳ１１７）。判定の結果、直流電流が所定電流以下に低下していない場合には（ステップＳ１１７；Ｎｏ）、再度直流電流の判定が繰り返される。一方で、直流電流が所定電流以下に低下している場合には（ステップＳ１１７；Ｙｅｓ）。商用交流電力が復電したと判断されて、燃料電池２５の停止が制御された後（ステップＳ１１８）、動作がステップＳ１０１に戻される。

以上説明した変形例によれば、燃料電池システム５Ａの制御部２７Ａにより、商用交流電源の停電の検出時の蓄電池２３の充電状態が判定され、充電状態に応じて燃料電池２５の起動開始のタイミングが制御される。かかる構成により、比較的短時間の停電等の場合に不必要な燃料電池２５の起動を防止することができ、燃料等の消費を低減することができる。つまり、本変形例では、燃料電池２５によるバックアップよりも蓄電池２３によるバックアップが優先されており、その結果、蓄電池２３により十分バックアップ可能な短期間の停電の際に、燃料電池２５の起動を防ぐことができる。これにより、燃料電池２５による不要な燃料の消費を抑えることができ、エネルギーの無駄を低減できる。特に本変形例にかかる制御部２７Ａは、商用交流電源の停電の検出時の蓄電池２３の充電状態を、直流バスＢＵＳの電圧を検出することにより判定している。かかる構成により、簡易な構成で不必要な燃料電池２５の起動を防止することができる。

また、上記実施形態及び上記変形例においては、バックアップ電源システムが基地局装置等の通信装置に対する給電用として用いられているが、給電対象は通信装置に限定されず、その他の様々な種類の装置とされてもよい。

また、上記実施形態及び上記変形例においては、切替回路７は、燃料電池システム５，５Ａに内蔵されてもよい。

また、上記実施形態及び上記変形例においては、無瞬断の給電を要求されない場合には、ＵＰＳ９は必ずしも備える必要はない。

情報の通知は、本開示において説明した態様／実施形態に限られず、他の方法を用いて行われてもよい。例えば、情報の通知は、物理レイヤシグナリング（例えば、ＤＣＩ（Downlink Control Information）、ＵＣＩ（Uplink Control Information））、上位レイヤシグナリング（例えば、ＲＲＣ（Radio Resource Control）シグナリング、ＭＡＣ（Medium Access Control）シグナリング、報知情報（ＭＩＢ（Master Information Block）、ＳＩＢ（System Information Block）））、その他の信号又はこれらの組み合わせによって実施されてもよい。また、ＲＲＣシグナリングは、ＲＲＣメッセージと呼ばれてもよく、例えば、ＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）メッセージ、ＲＲＣ接続再構成（RRC Connection Reconfiguration）メッセージなどであってもよい。

本開示において説明した各態様／実施形態は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＬＴＥ－Ａ（LTE-Advanced）、ＳＵＰＥＲ ３Ｇ、ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇ（4th generation mobile communication system）、５Ｇ（5th generation mobile communication system）、ＦＲＡ（Future Radio Access）、ＮＲ（new Radio）、Ｗ－ＣＤＭＡ（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ２０００、ＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標））、ＩＥＥＥ ８０２．１６（ＷｉＭＡＸ（登録商標））、ＩＥＥＥ ８０２．２０、ＵＷＢ（Ultra-WideBand）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、その他の適切なシステムを利用するシステム及びこれらに基づいて拡張された次世代システムの少なくとも一つに適用されてもよい。また、複数のシステムが組み合わされて（例えば、ＬＴＥ及びＬＴＥ－Ａの少なくとも一方と５Ｇとの組み合わせ等）適用されてもよい。

本開示において説明した各態様／実施形態の処理手順、シーケンス、フローチャートなどは、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。例えば、本開示において説明した方法については、例示的な順序を用いて様々なステップの要素を提示しており、提示した特定の順序に限定されない。

本開示において基地局によって行われるとした特定動作は、場合によってはその上位ノード（upper node）によって行われることもある。基地局を有する１つ又は複数のネットワークノード（network nodes）からなるネットワークにおいて、端末との通信のために行われる様々な動作は、基地局及び基地局以外の他のネットワークノード（例えば、ＭＭＥ又はＳ－ＧＷなどが考えられるが、これらに限られない）の少なくとも１つによって行われ得ることは明らかである。上記において基地局以外の他のネットワークノードが１つである場合を例示したが、複数の他のネットワークノードの組み合わせ（例えば、ＭＭＥ及びＳ－ＧＷ）であってもよい。

情報等（※「情報、信号」の項目参照）は、上位レイヤ（又は下位レイヤ）から下位レイヤ（又は上位レイヤ）へ出力され得る。複数のネットワークノードを介して入出力されてもよい。

入出力された情報等は特定の場所（例えば、メモリ）に保存されてもよいし、管理テーブルを用いて管理してもよい。入出力される情報等は、上書き、更新、又は追記され得る。出力された情報等は削除されてもよい。入力された情報等は他の装置へ送信されてもよい。

判定は、１ビットで表される値（０か１か）によって行われてもよいし、真偽値（Boolean：true又はfalse）によって行われてもよいし、数値の比較（例えば、所定の値との比較）によって行われてもよい。

本開示において説明した各態様／実施形態は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよいし、実行に伴って切り替えて用いてもよい。また、所定の情報の通知（例えば、「Ｘであること」の通知）は、明示的に行うものに限られず、暗黙的（例えば、当該所定の情報の通知を行わない）ことによって行われてもよい。

ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語と呼ばれるか、他の名称で呼ばれるかを問わず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、手順、機能などを意味するよう広く解釈されるべきである。

また、ソフトウェア、命令、情報などは、伝送媒体を介して送受信されてもよい。例えば、ソフトウェアが、有線技術（同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ：Digital Subscriber Line）など）及び無線技術（赤外線、マイクロ波など）の少なくとも一方を使用してウェブサイト、サーバ、又は他のリモートソースから送信される場合、これらの有線技術及び無線技術の少なくとも一方は、伝送媒体の定義内に含まれる。

本開示において説明した情報、信号などは、様々な異なる技術のいずれかを使用して表されてもよい。例えば、上記の説明全体に渡って言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、チップなどは、電圧、電流、電磁波、磁界若しくは磁性粒子、光場若しくは光子、又はこれらの任意の組み合わせによって表されてもよい。

なお、本開示において説明した用語及び本開示の理解に必要な用語については、同一の又は類似する意味を有する用語と置き換えてもよい。例えば、チャネル及びシンボルの少なくとも一方は信号（シグナリング）であってもよい。また、信号はメッセージであってもよい。また、コンポーネントキャリア（ＣＣ：Component Carrier）は、キャリア周波数、セル、周波数キャリアなどと呼ばれてもよい。

本開示において使用する「システム」及び「ネットワーク」という用語は、互換的に使用される。

また、本開示において説明した情報、パラメータなどは、絶対値を用いて表されてもよいし、所定の値からの相対値を用いて表されてもよいし、対応する別の情報を用いて表されてもよい。例えば、無線リソースはインデックスによって指示されるものであってもよい。

上述したパラメータに使用する名称はいかなる点においても限定的な名称ではない。さらに、これらのパラメータを使用する数式等は、本開示で明示的に開示したものと異なる場合もある。様々なチャネル（例えば、ＰＵＣＣＨ、ＰＤＣＣＨなど）及び情報要素は、あらゆる好適な名称によって識別できるので、これらの様々なチャネル及び情報要素に割り当てている様々な名称は、いかなる点においても限定的な名称ではない。

本開示においては、「基地局（ＢＳ：Base Station）」、「無線基地局」、「固定局（fixed station）」、「ＮｏｄｅＢ」、「ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）」、「ｇＮｏｄｅＢ（ｇＮＢ）」、「アクセスポイント（access point）」、「送信ポイント（transmission point）」、「受信ポイント（reception point）、「送受信ポイント（transmission/reception point）」、「セル」、「セクタ」、「セルグループ」、「キャリア」、「コンポーネントキャリア」などの用語は、互換的に使用され得る。基地局は、マクロセル、スモールセル、フェムトセル、ピコセルなどの用語で呼ばれる場合もある。

基地局は、１つ又は複数（例えば、３つ）のセルを収容することができる。基地局が複数のセルを収容する場合、基地局のカバレッジエリア全体は複数のより小さいエリアに区分でき、各々のより小さいエリアは、基地局サブシステム（例えば、屋内用の小型基地局（ＲＲＨ：Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｈｅａｄ）によって通信サービスを提供することもできる。「セル」又は「セクタ」という用語は、このカバレッジにおいて通信サービスを行う基地局及び基地局サブシステムの少なくとも一方のカバレッジエリアの一部又は全体を指す。

本開示においては、「移動局（ＭＳ：Mobile Station）」、「ユーザ端末（user terminal）」、「ユーザ装置（ＵＥ：User Equipment）」、「端末」などの用語は、互換的に使用され得る。

移動局は、当業者によって、加入者局、モバイルユニット、加入者ユニット、ワイヤレスユニット、リモートユニット、モバイルデバイス、ワイヤレスデバイス、ワイヤレス通信デバイス、リモートデバイス、モバイル加入者局、アクセス端末、モバイル端末、ワイヤレス端末、リモート端末、ハンドセット、ユーザエージェント、モバイルクライアント、クライアント、又はいくつかの他の適切な用語で呼ばれる場合もある。

基地局及び移動局の少なくとも一方は、送信装置、受信装置、通信装置などと呼ばれてもよい。なお、基地局及び移動局の少なくとも一方は、移動体に搭載されたデバイス、移動体自体などであってもよい。当該移動体は、乗り物（例えば、車、飛行機など）であってもよいし、無人で動く移動体（例えば、ドローン、自動運転車など）であってもよいし、ロボット（有人型又は無人型）であってもよい。なお、基地局及び移動局の少なくとも一方は、必ずしも通信動作時に移動しない装置も含む。例えば、基地局及び移動局の少なくとも一方は、センサなどのＩｏＴ（Internet of Things）機器であってもよい。

また、本開示における基地局は、ユーザ端末で読み替えてもよい。例えば、基地局及びユーザ端末間の通信を、複数のユーザ端末間の通信（例えば、Ｄ２Ｄ（Device-to-Device）、Ｖ２Ｘ（Vehicle-to-Everything）などと呼ばれてもよい）に置き換えた構成について、本開示の各態様／実施形態を適用してもよい。この場合、上述の基地局が有する機能をユーザ端末が有する構成としてもよい。また、「上り」及び「下り」などの文言は、端末間通信に対応する文言（例えば、「サイド（side）」）で読み替えられてもよい。例えば、上りチャネル、下りチャネルなどは、サイドチャネルで読み替えられてもよい。

同様に、本開示における端末装置は、基地局で読み替えてもよい。この場合、上述の端末装置が有する機能を基地局が有する構成としてもよい。

本開示で使用する「判断(determining)」、「決定(determining)」という用語は、多種多様な動作を包含する場合がある。「判断」、「決定」は、例えば、判定(judging)、計算(calculating)、算出(computing)、処理(processing)、導出(deriving)、調査(investigating)、探索(looking up、search、inquiry)（例えば、テーブル、データベース又は別のデータ構造での探索）、確認(ascertaining)した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、受信(receiving)（例えば、情報を受信すること）、送信(transmitting)(例えば、情報を送信すること)、入力(input)、出力(output)、アクセス(accessing)（例えば、メモリ中のデータにアクセスすること）した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、解決(resolving)、選択(selecting)、選定(choosing)、確立(establishing)、比較(comparing)などした事を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。つまり、「判断」「決定」は、何らかの動作を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。また、「判断（決定）」は、「想定する（assuming）」、「期待する（expecting）」、「みなす（considering）」などで読み替えられてもよい。

「接続された(connected)」、「結合された(coupled)」という用語、又はこれらのあらゆる変形は、２又はそれ以上の要素間の直接的又は間接的なあらゆる接続又は結合を意味し、互いに「接続」又は「結合」された２つの要素間に１又はそれ以上の中間要素が存在することを含むことができる。要素間の結合又は接続は、物理的なものであっても、論理的なものであっても、或いはこれらの組み合わせであってもよい。例えば、「接続」は「アクセス」で読み替えられてもよい。本開示で使用する場合、２つの要素は、１又はそれ以上の電線、ケーブル及びプリント電気接続の少なくとも一つを用いて、並びにいくつかの非限定的かつ非包括的な例として、無線周波数領域、マイクロ波領域及び光（可視及び不可視の両方）領域の波長を有する電磁エネルギーなどを用いて、互いに「接続」又は「結合」されると考えることができる。

本開示において使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を意味する。

「本開示において、「含む（include）」、「含んでいる（including）」及びそれらの変形が使用されている場合、これらの用語は、用語「備える（comprising）」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本開示において使用されている用語「又は（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。

本明細書において、文脈または技術的に明らかに1つのみしか存在しない装置である場合以外は、複数の装置をも含むものとする。

本開示の全体において、文脈から明らかに単数を示したものではなければ、複数のものを含むものとする。

１…バックアップ電源システム、５，５Ａ…燃料電池システム、７…切替回路、１５Ａ…バックアップ機器（負荷）、１５Ｂ…照明・空調設備（負荷）、１５Ｃ…装置（負荷）、１７…停電センサ、２１…コンバータ、２３…蓄電池、２５…燃料電池、２７，２７Ａ…制御部、２９…インバータ、３０…センサ、ＢＵＳ…直流バス。

Claims (3)

1. 蓄電池と、
   燃料電池と、
   蓄電池と燃料電池とが接続される直流バスと、
   商用電力を受けて交流電力を直流電力に変換して、前記直流電力を前記直流バスに出力するコンバータと、
   前記直流バスに出力される直流電力を交流電力に変換して、前記交流電力を出力するインバータと、
   前記商用電力と前記インバータから出力される前記交流電力とを切り替えて負荷側に出力する切替回路と、
   前記商用電力の停電状態に応じて前記切替回路の切り替えを制御する制御部と、を備え、
   前記コンバータは、前記直流電力を、前記燃料電池の通常運転時の出力電圧よりも高く、かつ、蓄電池における前記燃料電池の起動に必要な充電電圧以上の電圧となるように出力し、
   前記制御部は、前記商用電力の停電の検出時の前記蓄電池の充電状態を、前記直流バスの電圧を検出することにより判定し、前記充電状態に応じて前記燃料電池の起動開始のタイミングを制御し、
   前記商用電力の復電状態を、前記直流バスにおける電流を検出することによって判定し、前記復電状態に応じて燃料電池の停止のタイミングを制御する、
   バックアップ電源システム。
2. 起動に必要な前記充電電圧は、前記燃料電池の起動時間の間において前記蓄電池が放電した際に前記燃料電池の起動時の入力電圧の許容範囲を下回らないような値である、
   請求項１記載のバックアップ電源システム。
3. 前記商用電力の停電発生からの時間を計測するタイマー機能をさらに備え、
   前記制御部は、前記タイマー機能によって計測される時間を基に前記燃料電池の起動開始のタイミングを制御する、
   請求項１又は２に記載のバックアップ電源システム。

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