JPWO2010082506A1 - DC power supply system - Google Patents
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Abstract
停電発生時におけるバックアップの信頼性を高く維持しつつ、バックアップのための蓄電装置を有効利用することが可能な直流給電システムを提供する。第1の直流負荷14に常時並列に接続され、交流電力11が瞬間的に電圧低下した際または瞬間的に停止した際に第1の直流負荷14へバックアップのための最小限の直流電力を供給することが可能な電力貯蔵容量を有する第1の蓄電装置16と、第1の蓄電装置16と第1の直流負荷14に対して並列に接続可能で第1の蓄電装置16よりも電力貯蔵容量が大である第2の蓄電装置17と、電力変換装置13と第2の蓄電装置17とを接続する回路に設けられる第1のスイッチSW1と、第2の蓄電装置17と第2の直流負荷50とを接続する回路に設けられる第2のスイッチSW2と、交流電力11の電力変換装置13への供給停止を検出する停電検知手段21と、第2の蓄電装置17に貯蔵された直流電力を第2の直流負荷50に供給する際には、第1のスイッチSW1をオフにするとともに第2のスイッチSW2をオンとし、停電検知手段21により交流電力11の電力変換装置13への供給停止を検知した際には、優先的に第1のスイッチSW1をオンにするとともに第2のスイッチSw2をオフとする回路切替手段20とを備える。Provided is a direct current power supply system capable of effectively using a power storage device for backup while maintaining high backup reliability in the event of a power failure. Always connected in parallel to the first DC load 14 and supplies the minimum DC power for backup to the first DC load 14 when the AC power 11 drops momentarily or stops instantaneously. The first power storage device 16 having a power storage capacity that can be connected, and can be connected in parallel to the first power storage device 16 and the first DC load 14. The power storage capacity is higher than that of the first power storage device 16. The second power storage device 17, the first switch SW1 provided in the circuit connecting the power conversion device 13 and the second power storage device 17, the second power storage device 17 and the second DC load. 50, the second switch SW2 provided in the circuit connecting the power supply 50, the power failure detection means 21 for detecting the supply stop of the AC power 11 to the power converter 13, and the DC power stored in the second power storage device 17 Supply to second DC load 50 When the first switch SW1 is turned off and the second switch SW2 is turned on, and the power failure detection means 21 detects the supply stop of the AC power 11 to the power converter 13, it is given priority. And a circuit switching means 20 for turning on the first switch SW1 and turning off the second switch Sw2.
Description
本発明は、電力ロスを低減する直流給電システムに関し、とくに停電発生時における負荷に対するバックアップの信頼性を高く維持しつつ、バックアップのための蓄電装置を有効利用することが可能な直流給電システムに関する。 The present invention relates to a DC power supply system that reduces power loss, and more particularly, to a DC power supply system that can effectively use a power storage device for backup while maintaining high reliability of backup for a load in the event of a power failure.
電力供給システムには、負荷としての通信装置に電力を供給するものがある。通信用の電力供給システムにおいては、交換機や伝送機器などの負荷には直流電力が供給される。一方、データセンタや企業の多くは、交流給電方式を採用している。交流給電方式の場合は、IT機器などの負荷に給電するまでに複数回の電力変換を行う必要があり、電力ロスが多くなるという問題がある。 Some power supply systems supply power to a communication device as a load. In a power supply system for communication, DC power is supplied to a load such as an exchange or a transmission device. On the other hand, many data centers and companies adopt an AC power feeding method. In the case of the AC power feeding method, it is necessary to perform power conversion a plurality of times before power is supplied to a load such as an IT device, and there is a problem that power loss increases.
そこで、データセンタなどでは、電力ロスを低減するため、負荷に直流電力を供給するようにした直流給電システムの導入が計画されている。図11は、直流給電システムを採用したデータセンタ1の一例を示している。図11に示すように、データセンタ1には交流電力としての商用電力2が供給されており、商用電力2は配電盤3を介して電力変換装置(整流器)4に供給されている。また、電力変換装置4には、商用電力2の停電時に発電機7から交流電力の供給が可能となっている。
In order to reduce power loss, data centers and the like are planned to introduce a DC power supply system that supplies DC power to a load. FIG. 11 shows an example of a
電力変換装置4は、商用電力2を直流電力に変換し、直流電力をサーバ5などに供給している。電力変換装置4の出力側には、停電時における負荷のバックアップのための蓄電装置6が接続されている。直流給電の場合は、サーバ5は直流仕様として設計されているので、サーバ5に直流電力を供給することができ、サーバ5に供給された直流電力は内蔵されたDC−DCコンバータ5aによる電圧調整後、CPU5bなどに送られる。このように、直流給電の場合は、負荷が直流機器であるので、電力会社から供給される交流電力2を電力変換装置4で直流電力に変換するだけでよく、電力ロスを小に抑えることができる。
The
通信装置などへ電力を供給する電力供給システムにおいては、停電時における負荷のバックアップのための蓄電装置が必須であり、また電力負荷の平準化による省エネルギーの実現も要求される。そこで、直流給電系のバックアップを行うと同時に、空調などの負荷の平準化を行い、昼間の電力使用量を低減するようにした電力供給システムが提案されている(例えば特許文献1参照。)。 In a power supply system that supplies power to a communication device or the like, a power storage device for backup of a load in the event of a power failure is essential, and energy saving is required by leveling the power load. In view of this, a power supply system has been proposed in which the DC power supply system is backed up, and at the same time, loads such as air conditioning are leveled to reduce daytime power consumption (see, for example, Patent Document 1).
ところで、商用電力の供給においては、瞬低と呼ばれる0.1秒前後の瞬間的な電圧降下や、瞬断と呼ばれる瞬間的な停電が不具合の大部分を占めているが、バックアップのための蓄電装置の容量は想定される最大停電時間を考慮して設定されているので、大規模な通信装置を有する設備では大容量の蓄電装置が必要となり、多額の設備投資が必要となる。つまり、従来の電力供給システムでは、瞬間的な停電の影響を確実に回避するため、大容量の蓄電装置の導入に多額の投資が必要となるが、蓄電装置は停電という非常時にしか機能せず、平常時は有効利用されていないので、装置の稼働率の観点からみると問題がある。特許文献1の電力供給システムにおいても、同じ負荷のみを対象として電力供給制御をしているので、蓄電池の有効利用の観点からは課題が残る。
By the way, in the supply of commercial power, an instantaneous voltage drop of about 0.1 seconds called instantaneous drop and an instantaneous power failure called instantaneous interruption occupy most of the problems. Since the capacity of the device is set in consideration of the assumed maximum power failure time, a large-capacity power storage device is required for a facility having a large-scale communication device, and a large amount of capital investment is required. In other words, in the conventional power supply system, a large amount of investment is required to introduce a large-capacity power storage device in order to reliably avoid the effects of momentary power failure, but the power storage device functions only in the event of a power failure. Since it is not used effectively in normal times, there is a problem from the viewpoint of the operating rate of the apparatus. Even in the power supply system of
二次電池などの蓄電装置は、貯蔵されている電力を一気に放出できる特徴を有しているので、電気自動車の急速充電のための電力供給には最適であり、蓄電装置を利用して電気自動車の急速充電ができれば、急速充電のための大規模な変電設備を新たに設けることなく、電気自動車の普及促進が図れる。 A power storage device such as a secondary battery has a feature that allows the stored power to be discharged at a stretch. Therefore, the power storage device is optimal for power supply for rapid charging of an electric vehicle. If rapid charging is possible, electric vehicles can be promoted and spread without newly installing large-scale substation facilities for rapid charging.
また、近年の情報通信技術の発達に伴い、一般家庭にもフェムトセルと呼ばれる超小型の携帯電話基地局が設置されるようになってきており、一般家庭においても停電に対する高い信頼性を有し、しかも電力ロスの少ない直流給電システムの導入が望まれる。 In addition, with the development of information and communication technology in recent years, ultra-small mobile phone base stations called femtocells have been installed in ordinary households, and they have high reliability against power outages in ordinary households. Moreover, it is desired to introduce a DC power supply system with little power loss.
そこで、本発明は、停電発生時におけるバックアップの信頼性を高く維持しつつ、バックアップのための蓄電装置を有効利用することが可能な直流給電システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a DC power supply system that can effectively use a power storage device for backup while maintaining high reliability of backup in the event of a power failure.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置によって充電されるとともに前記電力変換装置からの直流電力が供給される第1の直流負荷に常時並列に接続され、前記電力変換装置へ供給される交流電力が瞬間的に電圧低下した際または瞬間的に停止した際に前記第1の直流負荷へバックアップのための最小限の直流電力を供給することが可能な第1の蓄電装置と、前記電力変換装置によって充電されるとともに前記第1の蓄電装置と前記第1の直流負荷に対して並列に接続可能であり、貯蔵した前記電力変換装置からの直流電力を第2の直流負荷に供給可能で前記第1の蓄電装置よりも容量が大である第2の蓄電装置と、前記電力変換装置と前記第2の蓄電装置とを接続する回路に設けられる第1のスイッチと、前記第2の蓄電装置と前記第2の直流負荷とを接続する回路に設けられる第2のスイッチと、前記交流電力の前記電力変換装置への供給停止を検出する停電検知手段と、前記第2の蓄電装置に貯蔵された直流電力を前記第2の直流負荷に供給する際には、前記第1のスイッチをオフにするとともに前記第2のスイッチをオンとし、前記停電検知手段により前記交流電力の前記電力変換装置への供給停止を検知した際には、優先的に前記第1のスイッチをオンにするとともに前記第2のスイッチをオフとする回路切替手段と、を備えたことを特徴とする直流給電システムである。 In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a first DC load that is charged by a power converter that converts AC power into DC power and that is supplied with DC power from the power converter. Always connected in parallel, and supplies the minimum DC power for backup to the first DC load when the AC power supplied to the power converter drops momentarily or stops instantaneously The first power storage device that can be used, and the power conversion device that is charged by the power conversion device and that can be connected in parallel to the first power storage device and the first DC load, and that is stored A circuit that connects the power converter and the second power storage device, and a second power storage device that can supply the direct-current power from the second power source to the second DC load and has a larger capacity than the first power storage device Established in A first switch, a second switch provided in a circuit connecting the second power storage device and the second DC load, and a power failure detecting a supply stop of the AC power to the power converter When supplying the DC power stored in the detection unit and the second power storage device to the second DC load, the first switch is turned off and the second switch is turned on. A circuit switching means for preferentially turning on the first switch and turning off the second switch when detecting a supply stop of the AC power to the power converter by the power failure detection means; A direct current power supply system comprising:
この発明によれば、瞬間的な電圧低下や停電が生じた場合は、第1の蓄電装置に貯蔵されている直流電力が瞬時に第1の直流負荷に供給され、停電検知手段により交流電力の供給停止が検知されると、回路切換手段によって電力供給回路が切替えられ、第2の蓄電装置からも第1の直流負荷へ電力供給が開始される。停電発生以外の時は、回路切換手段によって第1の直流負荷と第2の蓄電手段は電気的に切り離されており、第2の蓄電手段に貯蔵された直流電力は、例えば電気自動車などの第2の直流負荷へ供給可能となる。 According to the present invention, when an instantaneous voltage drop or power failure occurs, the DC power stored in the first power storage device is instantaneously supplied to the first DC load, and the AC power is detected by the power failure detection means. When the supply stop is detected, the power supply circuit is switched by the circuit switching means, and the power supply from the second power storage device to the first DC load is also started. At times other than the occurrence of a power failure, the first DC load and the second power storage means are electrically disconnected by the circuit switching means, and the DC power stored in the second power storage means is, for example, the first electric vehicle or the like 2 can be supplied to the DC load.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の直流給電システムにおいて、前記第1の蓄電装置は、キャパシタから構成されていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the DC power supply system according to the first aspect, the first power storage device is constituted by a capacitor.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の直流給電システムにおいて、前記第2の蓄電装置は、二次電池から構成されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the DC power supply system according to the first or second aspect, the second power storage device includes a secondary battery.
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の直流給電システムにおいて、前記電力変換装置は、少なくともSiC半導体素子を利用したAC−DCコンバータから構成されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the DC power supply system according to any one of the first to third aspects, the power conversion device is configured by an AC-DC converter using at least a SiC semiconductor element. It is characterized by.
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の直流給電システムにおいて、前記第1の直流負荷は、情報通信装置から構成されていることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the DC power supply system according to any one of the first to fourth aspects, the first DC load includes an information communication device.
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の直流給電システムにおいて、前記第2の直流負荷は、前記第2の蓄電装置から供給される純粋直流電力を利用して急速充電を行う急速充電機能を有する電動式移動体であることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the DC power supply system according to any one of the first to fifth aspects, the second DC load uses pure DC power supplied from the second power storage device. Thus, it is an electric mobile body having a quick charging function for performing quick charging.
請求項7に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の直流給電システムにおいて、前記回路切替手段は、特定の時間帯のみ前記第1のスイッチをオンとし前記第2のスイッチをオフとする機能と、前記第2の蓄電装置の残存電力貯蔵量が所定値以下になった場合は前記第2のスイッチをオフとする機能を有していることを特徴としている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the DC power supply system according to any one of the first to sixth aspects, the circuit switching means turns on the first switch only in a specific time period and turns on the second It has a function of turning off the switch and a function of turning off the second switch when the remaining power storage amount of the second power storage device becomes a predetermined value or less.
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の直流給電システムにおいて、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置と前記第1の直流負荷とには、少なくとも太陽電池からの直流電力または燃料電池からの直流電力が供給可能であることを特徴としている。 According to an eighth aspect of the present invention, in the DC power supply system according to any one of the first to seventh aspects, the first power storage device, the second power storage device, and the first DC load In addition, at least DC power from a solar cell or DC power from a fuel cell can be supplied.
請求項1に記載の発明によれば、瞬間的な電圧低下や停電に対しては、常時接続される第1の蓄電装置から第1の直流負荷への電力供給が可能となり、比較的長い停電に対しては、第2の蓄電装置から第1の直流負荷への電力供給が可能となるので、停電発生に対するシステムの信頼性を高く維持でき、しかも停電時以外の第2の蓄電装置の稼動率を著しく高めることができる。これにより、バックアップのために貯蔵されている直流電力の有効利用が図れ、蓄電装置に多額の設備投資をしても、設備投資の回収が容易となる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to supply power from the first power storage device that is always connected to the first DC load for an instantaneous voltage drop or power failure, and a relatively long power failure. In contrast, since the power supply from the second power storage device to the first DC load is possible, the reliability of the system against the occurrence of a power failure can be maintained at a high level, and the operation of the second power storage device during a time other than the time of the power failure can be maintained. The rate can be significantly increased. As a result, the DC power stored for backup can be effectively used, and the capital investment can be easily recovered even if a large amount of capital investment is made in the power storage device.
また、第2の直流負荷への電力供給時には、第1のスイッチがオフとなるので、第1の直流負荷は第2の直流負荷と電気的に切り離された状態となり、第2の直流負荷側からのノイズなどの進入が防止できる。つまり、第1の直流負荷が重要な情報通信設備などであっても、電気自動車などの第2の直流負荷によって生じるノイズなどは、オフとなる第1のスイッチにより遮断されるので、第2の直流負荷からのノイズが第1の直流負荷に悪影響を及ぼすことがなくなる。 In addition, since the first switch is turned off when supplying power to the second DC load, the first DC load is electrically disconnected from the second DC load, and the second DC load side It is possible to prevent noise from entering. That is, even if the first DC load is an important information communication facility or the like, noise generated by the second DC load such as an electric vehicle is blocked by the first switch that is turned off. Noise from the DC load will not adversely affect the first DC load.
請求項2に記載の発明によれば、第1の蓄電装置は、キャパシタから構成されているので、充電・放電の反応速度が非常に速く、瞬間的な電圧低下や瞬間的な停電が連続して生じても、第1の直流負荷のバックアップを確実に行うことができる。また、キャパシタは充放電による劣化がほとんどないので、長期にわたり高い性能を維持することができ、ランニングコストの低減が図れる。 According to the second aspect of the present invention, since the first power storage device is composed of the capacitor, the charging / discharging reaction speed is very fast, and the instantaneous voltage drop or the instantaneous power failure continues. Even if it occurs, the first DC load can be backed up reliably. In addition, since the capacitor is hardly deteriorated by charging and discharging, high performance can be maintained for a long time, and the running cost can be reduced.
請求項3に記載の発明によれば、第2の蓄電装置は、二次電池から構成されているので、リチウムイオン電池などのエネルギー密度の高い二次電池を用いた電力貯蔵が可能となる。これにより、長時間の停電に対しても第1の直流負荷のバックアップを確実に行うことが可能となる。また、第2の蓄電装置は、貯蔵している大電力を一気に放出することができることから、短時間に大電力を必要とする第2の直流負荷であっても、対応が可能となる。 According to the third aspect of the invention, since the second power storage device is constituted by a secondary battery, it is possible to store power using a secondary battery having a high energy density such as a lithium ion battery. This makes it possible to reliably back up the first DC load even for a long-time power outage. Moreover, since the 2nd electrical storage apparatus can discharge | release the stored big electric power at a stretch, even if it is the 2nd DC load which requires large electric power for a short time, it can respond.
請求項4に記載の発明によれば、電力変換装置はSiC半導体素子を利用したAC−DCコンバータから構成されているので、従来のシリコン半導体素子を利用したAC−DCコンバータに比べて電力変換効率を大幅に高めることができ、商用電力を直流電力に変換する際の電力損失を著しく低減することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the power conversion device is composed of an AC-DC converter using a SiC semiconductor element, the power conversion efficiency is higher than that of a conventional AC-DC converter using a silicon semiconductor element. The power loss when converting commercial power to DC power can be significantly reduced.
請求項5に記載の発明によれば、第1の直流負荷は、情報通信装置から構成されているので、企業が有するデータセンタの情報通信装置だけでなく、例えばフェムトセルと呼ばれる一般家庭に設置される超小型の携帯電話基地局の情報通信装置に対しても、停電時のバックアップの信頼性を高めることが可能となる。
According to the invention described in
請求項6に記載の発明によれば、第2の直流負荷は、第2の蓄電装置から供給される純粋直流電力を利用して急速充電を行う急速充電機能を有する電動式移動体であるので、バックアップための蓄電装置を有効活用して、企業や家庭における電気自動車の急速充電が可能となる。これにより、電気自動車の急速充電のインフラ整備が促進でき、電気自動車の普及拡大を図ることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the second DC load is an electric mobile body having a quick charging function for performing quick charging using pure DC power supplied from the second power storage device. In addition, it is possible to quickly charge an electric vehicle in a company or a home by effectively utilizing a power storage device for backup. As a result, infrastructure for rapid charging of electric vehicles can be promoted, and the spread of electric vehicles can be promoted.
請求項7に記載の発明によれば、回路切替手段は、特定の時間帯のみ第1のスイッチをオンとし第2のスイッチをオフとする機能を有しているので、例えば安価な夜間電力を利用して第2の蓄電装置に直流電力を貯蔵し、第2の直流負荷への電力供給が可能となる。また、回路切替手段は、第2の蓄電装置の残存電力貯蔵量が所定値以下になった場合は、第2のスイッチをオフとする機能を有しているので、第2の蓄電装置には停電に備えた最小限の電力量を貯蔵しておくことができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the circuit switching means has a function of turning on the first switch and turning off the second switch only in a specific time zone. Utilizing this, DC power is stored in the second power storage device, and power can be supplied to the second DC load. The circuit switching means has a function of turning off the second switch when the remaining power storage amount of the second power storage device becomes a predetermined value or less. It can store a minimum amount of power for power outages.
請求項8に記載の発明によれば、第1の蓄電装置と第2の蓄電装置と第1の直流負荷とには、少なくとも太陽電池からの直流電力または燃料電池からの直流電力が供給可能であるので、商用電力以外の電力を利用することができ、CO2の削減により地球温暖化防止に寄与することができる。According to the eighth aspect of the present invention, at least DC power from the solar cell or DC power from the fuel cell can be supplied to the first power storage device, the second power storage device, and the first DC load. Therefore, it is possible to use electric power other than commercial electric power and contribute to prevention of global warming by reducing CO 2 .
つぎに、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1ないし図5は、本発明の実施の形態1を示しており、とくにデータセンタに適用した場合を示している。図1において、データセンタ10には、電力会社からの商用電力11が供給されている。商用電力11は、三相交流電力であり、例えば電圧は6600Vである。商用電力11は、データセンタ10に設置された配電盤12を介して電力変換装置13に供給されている。データセンタ10の外側には非常用の発電機25が配置されており、発電機25からは交流電力が電力変換装置13に供給可能となっている。発電機25は、停電時間が非常に長い場合は、後述する第二の蓄電装置17に代わって電力変換装置13に電力を供給する機能を有している。データセンタ10の電力回路は、スマートグリッド(次世代送電網)に接続されている。(Embodiment 1)
1 to 5
電力変換装置13は、交流電力を直流電力に変換する機能を有しており、たとえばAC−DCコンバータから構成されている。AC−DCコンバータは、スイッチング制御により入力された交流電力を直流電力に変換する機能を有している。AC−DCコンバータは、交流電力から直流電力に変換する際の変換効率を高めるため、SiC(炭化ケイ素)半導体素子を利用して製作されている。SiC半導体素子は、大電流の制御に好適であり、また耐熱性を有することから、AC−DCコンバータの冷却構造を簡略化することが可能である。また、電力変換装置13を構成するAC−DCコンバータは、SiC半導体素子と同様の利点を有するGaN(窒化ガリウム)半導体素子を用いた構成としてもよい。電力変換装置13は、例えば入力された電圧6600Vの交流電力を電圧380Vの直流電力に変換する機能を有している。
The
電力変換装置13の出力側には、第1の直流負荷としてのサーバ14が接続されている。サーバ14は、情報通信装置の一つであり、ここでは業務用の高性能・高信頼性のコンピュータを意味する。サーバ14は、2つのDC−DCコンバータ14a、14cと、CPU(中央演算処理装置)14bと、HHD(ハイブリッドハードディスク)14dを有している。DC−DCコンバータ14aは、電力変換装置13からの直流電力をCPU14bに適合した電圧に制御する機能を有している。DC−DCコンバータ14cは、電力変換装置13からの直流電力をHHD14dに適合した電圧に制御する機能を有している。また、電力変換装置13の出力側には、第1の直流負荷としての照明装置15が接続されている。照明装置15は、DC−DCコンバータ15aと、LED(発光ダイオード)15bとを有している。DC−DCコンバータ15aは、電力変換装置13からの直流電力をLED15bに適合した電圧に制御する機能を有している。LED15bは、直流電力によって発光する半導体素子であり、データセンタ10の照明として利用されている。
A
電力変換装置13の出力側には、第1の蓄電装置16が接続されている。第1の蓄電装置16は、第1の直流負荷であるサーバ14および照明装置15に常時並列に接続されており、電力変換装置13からの直流電力によって充電されるようになっている。第1の蓄電装置16は、キャパシタとしての電気二重層キャパシタから構成されている。第1の蓄電装置16の出力電圧は、電力変換装置13とほぼ同じである380Vに設定されている。第1の蓄電装置16は、電力変換装置13へ供給される交流電力11が瞬間的に電圧低下した際、または瞬間的に停止した際に、サーバ14および照明装置15へバックアップのための最小限の直流電力を供給することが可能な電力貯蔵容量を有している。電気二重層キャパシタは、充電・放電の反応速度が二次電池に比べて非常に速く、瞬間的な電圧低下や停電に対して瞬時に反応するので、情報通信装置の心臓部であるサーバ14のバックアップを確実に行うことができる。また、電気二重層キャパシタは、化学反応を充放電に利用していないので、使用による物質の劣化がほとんどなく、長期にわたり高い性能を維持することができる。この実施の形態1においては、キャパシタを電気二重層キャパシタとする構成としているが、キャパシタをリチウムイオンキャパシタから構成するようにしてもよい。リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池の負極と電気二重層キャパシタの正極を組み合わせた構造を有しており、電気二重層キャパシタに比べてエネルギー密度が高い。
A first
電力変換装置13には、第1のスイッチSW1を介して第2の蓄電装置17が接続されている。第1のスイッチSW1は、入力される複数の制御信号に基づき回路をオンオフする機能を有している。第2の蓄電装置17は、第1のスイッチSW1を介して第1の蓄電装置16と第1の直流負荷であるサーバ14および照明装置15に対して並列に接続可能となっている。第2の蓄電装置17は、第1のスイッチSW1を介して電力変換装置13からの直流電力によって充電されるようになっている。第2の蓄電装置17は、貯蔵した電力変換装置13からの直流電力を第2の直流負荷である電気自動車50に供給可能で、第1の蓄電装置16よりも電力貯蔵容量が著しく大となっている。
A second
第2の蓄電装置17は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池などの二次電池から構成されている。第2の蓄電装置17の出力電圧は、電力変換装置13と同じである380Vに設定されている。リチウムイオン電池などの二次電池は、エネルギー密度がキャパシタよりも高いので、大電力の貯蔵が可能となる。これにより、長時間の停電に対しても第1の直流負荷であるサーバ14のバックアップを確実に行うことが可能となる。サーバ14などの情報通信装置は、上述の通り情報通信の心臓部であり、電力供給の停止は許されないが、第2の蓄電装置17の電力貯蔵容量を大に確保することにより、長時間の停電であっても確実にバックアップを行うことが可能となる。また、高いエネルギー密度を有する第2の蓄電装置17は、停電時以外は第2の直流負荷に直流電力を供給することができるので、第2の直流負荷が使用電力の大きなものであっても、長時間にわたり電力を供給することが可能となる。
The 2nd
第2の蓄電装置17には、第2のスイッチSW2が接続されている。第2のスイッチSW2は、入力される複数の制御信号に基づき回路をオンオフする機能を有している。第2のスイッチSW2は、図1に示すように、第1のスイッチSW1と第2の蓄電装置17に並列に接続されている。第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2は、いずれも直流電力の供給または停止を行う開閉機能を有しており、半導体素子または電磁接触器から構成されている。第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2は、380Vという高電圧の直流電力を遮断する際に、アークの発生を抑制する機能を有している。
A second switch SW <b> 2 is connected to the second
データセンタ10内には、直流給電システムにおける回路を切替えるための回路切替手段20が配置されている。回路切替手段20には、停電検知手段21が接続されている。回路切替手段20は、第2の蓄電装置17に貯蔵された直流電力を第2の直流負荷としての電気自動車50に供給する際には、第1のスイッチSW1をオフにするとともに第2のスイッチSW2をオンとする機能を有している。また、回路切替手段20は、停電検知手段21により商用電力11の電力変換装置13への供給停止を検知した際には、優先的に第1のスイッチSW1をオンにするとともに、第2のスイッチSW2をオフとする機能を有している。第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2との間には、第2の蓄電装置17の残存容量を算出する容量算出手段22が設けられている。回路切替手段20には、容量算出手段22から第2の蓄電装置17の残存容量の算出結果を示す信号S6が入力されるようになっている。
In the
図2は、第2の蓄電装置17から供給される純粋直流電力を利用して急速充電を行う急速充電機能を有する電気自動車50の充電状態を示している。図2に示すように、第2のスイッチSW2には、開閉手段としての第3のスイッチSW3に直列に接続されている。第3のスイッチSW3は、データセンタ10の外に配置された充電スタンド26に収納されている。第3のスイッチSW3の出力側には、第2の直流負荷としての電動式移動体のひとつである電気自動車50が接続可能となっている。充電スタンド26は、表示部27と操作部28を有している。充電スタンド26に収納された第3のスイッチSW3には、充電回路の一部を構成する充電ケーブル29が接続されている。第3のスイッチSW3は、入力される複数の制御信号に基づき充電回路をオンオフする機能を有している。充電ケーブル29は、充電以外の時は充電スタンド26の側面に保持されており、充電時には電動式移動体としての電気自動車50側に延びるようになっている。充電ケーブル29の先端部には、電気自動車50の充電コネクタ(図示略)と接続可能な充電プラグ30が設けられている。
FIG. 2 shows a state of charge of the
図3は、充電時における充電スタンド26と電気自動車50との接続関係を示している。充電ケーブル29の充電プラグ30は、電気自動車50側に接続されている。第2の蓄電装置17からの純粋直流電力は、第2のスイッチSW2および第3のスイッチSW3を介して電気自動車50に供給されるようになっている。第3のスイッチSW3は、充電スタンド26の操作部28からの信号または電気自動車50からの信号により開閉動作し、第2の蓄電装置17からの純粋直流電力の電気自動車50への供給または停止を行う機能を有している。
FIG. 3 shows the connection relationship between the charging
第3のスイッチSW3側には、電気自動車50の充電制御手段80からの信号S10、S11、S20が入力可能となっている。電気自動車50には充電制御手段80の他に種々の機器が搭載されている。電気自動車50に供給された純粋直流電力は、充電制御手段80により所定の電圧および電流に制御された後、二次電池85に供給されるようになっている。二次電池85は、多数のセルが直列に接続されたリチウムイオン電池から構成されている。二次電池85に貯蔵された直流電力は、コントローラ86を介して走行モーター87に供給可能となっており、電気自動車50は走行モーター87を駆動源として走行可能となっている。電気自動車50には、充電系統における発熱部を冷却するための冷却ユニット60が搭載されている。
Signals S10, S11, and S20 from the charging control means 80 of the
充電制御手段80は、第2の蓄電装置17からの純粋直流電力を二次電池85に適合した充電電圧および充電電流に制御する急速充電制御機能を有している。充電制御手段80は、直流チョッパ回路(昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路を併用した直流チョッパ回路)を有するDC−DCコンバータおよび電流制御回路を有している。充電制御手段80は、第2の蓄電装置17から供給される純粋直流電力をチョッパ制御(スイッチング制御)し、二次電池85を最適充電電圧で充電する機能を有している。リチウムイオン電池の充電については、とくに充電電圧に対して高い制御精度が必要となるため、充電制御手段80ではこれを考慮した高精度の充電制御が行われるようになっている。充電制御手段80における充電回路は、直流チョッパ回路に限られず、これ以外の方式を用いた回路構成としてもよい。
The charge control means 80 has a quick charge control function for controlling pure DC power from the second
充電制御手段80のDC−DCコンバータは、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路を併用した直流チョッパ回路を有しているので、電気自動車50の充電時に第2の蓄電装置17が放電により電圧が徐々に低下しても、第2の蓄電装置17からの純粋直流電力の電圧を直流チョッパ回路により制御することにより、二次電池85を最適電圧で充電することができる。したがって、急速充電時における第2の蓄電装置17の出力電圧変化は、二次電池85の充電に影響しない。このように、充電制御手段80には、二次電池85に対して最適な充電制御を行うための充電プログラムが予め入力されている。
Since the DC-DC converter of the charge control means 80 has a DC chopper circuit that uses both a step-up chopper circuit and a step-down chopper circuit, the voltage of the second
電気自動車50は、充電制御手段80による二次電池85の充電履歴を記憶する充電履歴記憶手段80aを有している。充電履歴記憶手段80aは、充電制御手段80に接続されており、充電制御手段80による二次電池85の充電毎の充電結果(充電時における充電電圧、充電電流、充電時間など)を記憶するようになっている。電気自動車50は、充電履歴記憶手段80aを介して充電回数などを把握することで、二次電池85の寿命を推測することが可能となっている。データセンタ10は、電気自動車50に搭載された充電履歴記憶手段80aからの情報を無線などを介して受取ることが可能となっており、この情報に基づき二次電池85の寿命を把握するようになっている。これにより、電気自動車50の所有者は、データセンタ10からの情報により二次電池85の交換時期が迫っていることを知ることができる。
The
図3に示すように、充電制御手段80には、多数の信号が入力され出力される。充電開始時には、第3のスイッチSW3側に設けられた電圧測定センサ(図示略)からの信号S12が充電制御手段80に入力される。第2の蓄電装置17の出力電圧(開放電圧)が所定範囲にある場合は、充電制御手段80から電気自動車50の急速充電が可能である旨の信号S11が第3のスイッチSW3側に出力される。
As shown in FIG. 3, a large number of signals are input and output to the charging control means 80. At the start of charging, a signal S12 from a voltage measurement sensor (not shown) provided on the third switch SW3 side is input to the charging control means 80. When the output voltage (open voltage) of the second
電気自動車50には、図3に示すように、ロックセンサ71と、運転起動確認センサ72と、パーキングブレーキセンサ73と、充電量表示計74と、充電終了アラーム75、電流センサ76、温度センサ77が設けられている。ロックセンサ71は、充電プラグ30が電気自動車50側に接続されたことを確認する機能を有している。充電開始前には、ロックセンサ71からの信号S17が充電制御手段80に入力される。運転起動確認センサ72は、電気自動車50の起動を確認する機能を有している。充電開始前には、運転起動確認センサ72からの信号S13が充電制御手段80に入力される。
As shown in FIG. 3, the
パーキングブレーキセンサ73は、電気自動車50が充電中に移動しないようにパーキングブレーキが動作していることを確認する機能を有している。充電開始前には、パーキングブレーキセンサ73からの信号S14が充電制御手段80に入力される。充電量表示計74は、二次電池85の残存電力量を表示する機能を有している。充電中は、充電制御手段80から信号S18が充電量表示計74に出力される。二次電池85の近傍には、二次電池85の温度を検出する温度センサ77が設けられている。温度センサ77からは、測定した温度に対応する信号S15が充電制御手段80に入力される。
The
充電終了アラーム75は、二次電池85が満充電に到達したことを運転者88に知らせる機能を有する。充電時には、二次電池85へ流れる充電電流が電流センサ76によって測定され、電流センサ76からの信号S16に基づき二次電池85が満充電に到達したか否かが充電制御手段80によって判断される。二次電池85が満充電に到達していると判断された場合は、充電制御手段80から信号S19が充電終了アラーム75に出力される。充電終了アラーム75は、無線により運転者88が所有する携帯電話機89に充電が終了した旨を通報する機能を有する。充電中に電気自動車50に充電機能に異常が確認された場合は、充電制御手段80から信号S20が開閉手段SW3に出力され、電気自動車50の充電が中止される。
The
つぎに、実施の形態1における直流給電システムの制御手順および作用について説明する。 Next, the control procedure and operation of the DC power supply system in the first embodiment will be described.
本直流給電システムにおいては、商用電力11が瞬低または瞬断した際には、第1の蓄電装置16からサーバ14および照明装置15へ電力が供給される。つまり、第1の蓄電装置16は、サーバ14および照明装置15に常時接続されているので、回路の切替を行う必要がなく、第1の蓄電装置16からサーバ14および照明装置15へ瞬時に電力を供給することが可能となる。ここで、第1の蓄電装置16は、電気二重層キャパシタから構成されているので、充電・放電の反応速度が非常に速く、瞬間的な電圧低下や停電に対して瞬時に反応するので、情報通信装置の心臓部であるサーバ14のバックアップを確実に行うことができる。
In the direct current power supply system, when the
図4は、回路切替手段20おける制御の動作手順を示している。図4のステップ101においては、電力変換装置13に商用電力11が供給されているかどうかの監視が停電検知手段21によって行われる。ステップ102においては、停電検知手段21からの情報に基づき停電が発生したか否か(瞬断が継続しているか否か)が判断される。この状態では、ステップ103に示すように、第1の蓄電装置16からサーバ14および照明装置15への電力の供給が継続されている。ステップ102において、停電が発生したと判断された場合は、停電検知手段21からの停電信号S5が回路切替手段20に入力される。これにより、回路切替手段20による回路の切替指令が行われ、ステップ104において、回路切替手段20から第2のスイッチSW2にオフ指令信号S4が出力され、第2のスイッチSW2がオフとされる。つぎに、ステップ105に進み、回路切替手段20から第1のスイッチSW1にオン指令信号S1が出力され、第1のスイッチSW1がオンとされる。
FIG. 4 shows an operation procedure of control in the circuit switching means 20. In
このように、停電発生時は、優先的に第1のスイッチSW1がオンとされ、第2のスイッチSW2がオフとされるので、ステップ106では、第2の蓄電装置17に貯蔵されている直流電力がサーバ14および照明装置15に供給される。ここで、第1の蓄電装置16は、少なくとも第2の蓄電装置17からの電力供給が開始された後でも、サーバ14および照明装置15に電力を供給する電力貯蔵容量を有しているので、情報通信装置の心臓部であるサーバ14を確実にバックアップすることが可能となる。また、第2の蓄電装置17は、第1の蓄電装置16よりも電力貯蔵容量が著しく大であり、エネルギー密度の高いリチウムイオン電池などの二次電池から構成されているので、長時間の停電に対しても直流電力を供給し続けることが可能となり、長時間にわたるサーバ14および照明装置15のバックアップが可能となる。
Thus, when a power failure occurs, the first switch SW1 is preferentially turned on and the second switch SW2 is turned off. Therefore, in
ここで、第2の蓄電装置17は、サーバ14および照明装置15に直流電力を供給することにより、出力電圧が徐々に低下してくるが、サーバ14はDC−DCコンバータ14a、14cを有しており、照明装置15はDC−DCコンバータ15aを有しているので、第2の蓄電装置17の出力電圧の低下は問題とならない。つまり、DC−DCコンバータ14aは、第2の蓄電装置17からの直流電力をCPU14bに適合した電圧に変換する機能を有しているので、第2の蓄電装置17の出力電圧の低下はCPU14bの動作に影響しない。同様に、DC−DCコンバータ14cは、HDD14dに適合した電圧に変換し、DC−DCコンバータ15aは、LED15bに適合した電圧に変換するので、第2の蓄電装置17の出力電圧の低下は、HDD14dおよびLED15bの動作に影響しない。
Here, the output voltage of the second
ステップ107においては、停電が終了したか否かが判断される。ここで、停電が終了していないと判断された場合は、ステップ106に戻り、第2の蓄電装置17からサーバ14および照明装置15へ直流電力の供給が継続される。ステップ107において、停電が終了したと判断された場合は、ステップ108に進み、第2のスイッチSW2をオフに維持するとともに、ステップ109に進み、第1のスイッチSW1をオンに維持する。これにより、ステップ110においては、電力変換装置13からの直流電力の供給により、第2の蓄電装置17の充電が継続される。また、停電が終了した場合は、サーバ14および照明装置15は、電力変換装置13からの直流電力の供給により動作することになる。
In
つぎに、ステップ102において、停電が発生していないと判断された場合は、ステップ111に進み、第2の直流負荷である電気自動車50の急速充電が必要であるか否かが判断される。ここで、電気自動車50の急速充電が不要であると判断された場合は、ステップ108およびステップ109に進み、ステップ110で電力変換装置13からの直流電力の供給により、第2の蓄電装置17の充電が継続される。
Next, when it is determined in
ステップ111において、電気自動車50の急速充電が必要であると判断された場合は、ステップ112に進み、図2に示すように充電スタンド26の開閉手段SW3がオンとされ、開閉手段SW3からの充電要求信号S7が回路切替手段20に入力される。これにより、ステップ113において、回路切替手段20から第1のスイッチSW1にオフ指令信号S2が出力され、第1のスイッチSW1がオフとされる。つぎに、ステップ1114に進み、充電要求信号S7に基づき、回路切替手段20から第2のスイッチSW2にオン指令信号S3が出力され、第2のスイッチSW2がオンとされる。そして、ステップ115では、第二の蓄電装置17に貯蔵されている直流電力が第2の直流負荷である電気自動車50に供給され、電気自動車50の急速充電が開始される。
If it is determined in
第2の蓄電装置は、第1の蓄電装置よりも電力貯蔵容量が著しく大であり、エネルギー密度の高いリチウムイオン電池などの二次電池から構成されているので、貯蔵している大電力を一気に放出することができ、電気自動車50を極めて短時間で充電することが可能となる。ここで、第2の蓄電装置17は電気自動車50に直流電力を供給することにより、出力電圧が徐々に低下してくるが、電気自動車50の充電制御手段80は、DC−DCコンバータを備えているので、第2の蓄電装置17の出力電圧の変化は、電気自動車50に搭載されている二次電池85の充電制御に影響しない。
The second power storage device has a remarkably large power storage capacity than the first power storage device, and is composed of a secondary battery such as a lithium ion battery having a high energy density. The
また、第2の蓄電装置17から電気自動車50に供給される電力は純粋直流電力となるので、純粋直流電力という高品質な電力を電気自動車50に供給することは、高品質の電力が供給されることを前提として電気自動車50の電気制御回路を設計することができる。したがって、第2の蓄電装置17からの電力による電気自動車50の急速充電においては、第2の蓄電装置17から電気自動車50に供給される直流電力については、リプル、ノイズ、サージをほとんど考慮する必要がなく、電気自動車50の電気制御回路の設計が容易になるとともに、電気自動車50の電気制御機能の信頼性を高めることができる。
Further, since the electric power supplied from the second
電気自動車50の充電が完了すると、ステップ116に進み、開閉手段SW3はオフとされる。その後、ステップ108に進んで、第2のスイッチSW2がオフとされ、ステップ109で第1のスイッチSW1がオンとされる。これにより、第2の蓄電装置17は電力変換装置13からの電力供給により充電される。
When charging of the
回路切替手段20は、夜間帯(例えば前日の22時から翌日の7時までの時間)のみ第1のスイッチSW1をオンとし第2のスイッチSW2をオフとする機能と、第2の蓄電装置17の残存電力貯蔵量が所定値以下になった場合は第2のスイッチSW2をオフとする機能を有している。図5は、回路切替手段20における第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2の制御手順を示している。図5に示すように、ステップ181において、回路切替手段20は、自己のタイマ機能に基づき夜間帯であるか否かが判断する。ここで、夜間帯であると判断した場合は、ステップ182に進み、電力変換装置13から第2の蓄電装置17への電力供給が行われる。すなわち、第2の蓄電装置17は、夜間帯のみ電力変換装置13からの電力供給によって充電される。
The circuit switching means 20 has a function of turning on the first switch SW1 and turning off the second switch SW2 only in the nighttime period (for example, the time from 22:00 on the previous day to 7:00 on the next day), and the second
ステップ181において、夜間帯でないと判断された場合は、ステップ183に進み、容量算出手段22からの残存容量信号S6に基づき第2の蓄電装置17の残存容量が所定値以下であるか否かが判断される。ここで、第2の蓄電装置17の残存容量が十分であると判断した場合は、ステップ184に進み、第1のスイッチSW1をオフとし、第2の蓄電装置17への電力供給を中止する。ステップ183において、容量算出手段22からの算出信号S6に基づき第2の蓄電装置17の残存容量が所定値以下であると判断した場合は、ステップ182に進み、第1のスイッチSW1をオンとし、第2の蓄電装置17への電力供給を行う。
If it is determined in
このように、回路切替手段20により時間帯に応じて第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2とをオンオフ制御することにより、第2の蓄電装置17に貯蔵された安価な夜間電力を利用した電気自動車50の急速充電が可能となる。また、回路切替手段20は、第2の蓄電装置17の残存電力貯蔵量が所定値以下になった場合は、第2のスイッチSw2をオフとするので、第2の蓄電装置17には停電に備えた最小限の電力量を貯蔵しておくことができる。
In this way, by using the circuit switching means 20 to turn on and off the first switch SW1 and the second switch SW2 according to the time zone, inexpensive nighttime electricity stored in the second
上述のように、実施の形態1においては、瞬間的な電圧低下や停電に対しては、常時接続される第1の蓄電装置16から第1の直流負荷であるサーバ14や照明装置15への電力供給が可能となり、比較的長い停電に対しては、第2の蓄電装置17からサーバ14や照明装置15への電力供給が可能となるので、停電発生に対するシステムの信頼性を高く維持でき、しかも停電時以外の第2の蓄電装置17の稼動率を著しく高めることができる。これにより、バックアップのために貯蔵されている直流電力の有効利用が図れ、蓄電装置に多額の設備投資をしても、設備投資の回収が容易となる。
As described above, in the first embodiment, for a momentary voltage drop or power outage, the first
また、第1の蓄電装置16は、電気二重層キャパシタから構成されているので、充放電による劣化がほとんどなく、長期にわたり高い性能を維持することができるので、ランニングコストの低減が図れる。そして、実施の形態1のように、直流給電システムを採用するデータセンタ10においては、従来の交流給電方式に比べて、電力変換の回数の減少により電力ロスが大幅に低減できるので、省エネルギーが図れる。
In addition, since the first
第2の直流負荷である電気自動車50への電力供給時には、第1のスイッチSW1がオフとなるので、第1の直流負荷であるサーバ14などは電気自動車50と電気的に切り離された状態となり、電気自動車50で生じるノイズなどの第1の直流負荷側への進入を防止することができる。つまり、第1の直流負荷がサーバ14などの重要な情報通信設備などであっても、電気自動車50などの第2の直流負荷側から生じるノイズなどは、オフとなる第1のスイッチSW1により遮断されるので、電気自動車50側で生じるノイズが情報通信の心臓部であるサーバ14に悪影響を及ぼすことがなくなる。また、第2の蓄電装置17の容量は、例えば電気自動車50の二次電池85の容量に比べて非常に大きな容量を有しているので、第2の蓄電装置17は蓄電池の等価回路でいう非常に大きなキャパシタンス(静電容量)を有していることになる。これにより、例えば電気自動車50の充電制御手段80から生じるノイズなどを、第2の蓄電装置17が有する非常に大きなキャパシタンスによって十分に吸収することができる。
When power is supplied to the
さらに、直流給電システムにおいては、直流負荷はその負荷に応じた適正な電圧に変換するDC−DCコンバータを有しているので、ひとつの電力変換装置13で各種の直流負荷に電力を供給することができる。したがって、電気自動車50の場合も、搭載されている二次電池85に対応したDC−DCコンバータが充電制御手段80に組み込まれているので、第2の蓄電装置17により充電電圧が異なる各種の電気自動車50の急速充電が可能となる。このように、電気自動車50は、供給される電力を二次電池85の充電に適した電圧に変換できるDC−DCコンバータを備えることにより、直流電力が供給できるところであれば、出力電圧の相違に関わらず、世界のどこにおいても急速充電が可能となり、充電電力の標準化が図れる。そして、電気自動車50に、二次電池85の充電に対応した充電制御手段80に組み込むことにより、一方の電気自動車50からの電力を利用して他方の電気自動車50(充電制御手段80に組み込んだその他の電動式移動体を含む)への急速充電も可能となり、移動体の急速充電に対して融通性をもたせることができる。
Further, in the DC power supply system, the DC load has a DC-DC converter that converts the voltage to an appropriate voltage according to the load, so that power is supplied to various DC loads with one
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2を示している。本実施の形態2が実施の形態1と異なるところは、非常用の発電機25に代えて燃料電池33を採用した点であり、その他の部分の構成は実施の形態1に準じるので、準じる部分に同一の符号を付すことにより準じる部分の説明を省略する。準じる部分の説明については、後述する他の実施の形態も同様とする。(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that a fuel cell 33 is adopted instead of the
データセンタ10の外側には燃料電池33およびインバータ34が配置されている。燃料電池33は、化石燃料を改質して得られた水素を燃料としており、直流電力を出力する機能を有している。燃料電池33は、運用時に生じる熱を利用して発電できる熱発電素子33aを有しており、発電効率を高めるようになっている。燃料電池33の出力側は、第4のスイッチSW4を介して電力変換装置13またはインバータ34と接続可能となっている。燃料電池33の出力電圧は、電力変換装置13の出力電圧と同じ380Vに設定されている。燃料電池33は、商用電力11の停電時以外は、第4のスイッチSW4を介してインバータ34に接続されている。インバータ34は、燃料電池33からの直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統に供給する機能を有している。図1の発電機25は、停電時のみに作動するものであり、日常は停止したままであるが、燃料電池33は昼夜を問わず常に作動し、商用電力系統に電力を供給している。
A fuel cell 33 and an
このように構成された実施の形態2においては、商用電力11の供給が停止すると、停電検知手段21からの停電信号S5が回路切替手段20に入力される。これにより、回路切替手段20から第2のスイッチSW2にオフ指令信号S4が出力され、第2のスイッチSW2がオフとされる。つぎに、停電検知手段21からの停電信号S5に基づき、回路切替手段20から第1のスイッチSW1にオン指令信号S1が出力され、第1のスイッチSW1がオンとされる。これにより、第2の蓄電装置17に貯蔵されている直流電力が第1の直流負荷であるサーバ14および照明装置15に供給される。
In the second embodiment configured as described above, when the supply of the
第2の蓄電装置17から第1の直流負荷であるサーバ14および照明装置15への電力供給が継続されると、徐々に第2の蓄電装置17の残存容量が低下する。そして、第2の蓄電装置17の残存容量が所定値よりも低下した際には、容量算出手段22からの残存容量信号S6に基づき回路切替手段20が容量低下信号S8を第4のスイッチSW4に出力する。これにより、第4のスイッチSW4が切替えられ、燃料電池33からの電力は第1の直流負荷であるサーバ14および照明装置15へ供給される。したがって、サーバ14および照明装置15は、燃料電池33からの電力供給によってバックアップされることになり、長時間にわたるバックアップが可能となる。
When the power supply from the second
また、停電時以外は、燃料電池33からインバータ34を介して商用電力系統に電力を供給することが可能となるので、燃料電池33の稼動率を高めることができるとともに、CO2の削減により地球温暖化防止に寄与することができる。Further, since it is possible to supply power from the fuel cell 33 to the commercial power system through the
(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3を示している。実施の形態3においては、データセンタ10にスマートメータ31を取付け、このスマートメータ31によってデータセンタ10内の直流負荷の電力制御を行っている。ここで、スマートメータ31とは、通信機能、使用電力量制御機能、電力量計測機能などの複数の機能を有する電子制御機器であり、デマンドコントロールを可能とするための必要な要素として活用されるものである。例えば、スマートメータ31は、データセンタ10の消費電力が所定値を超えた場合は、運用において優先順位の低い機器に対して消費電力を低減するように制御する機能を有する。また、スマートメータ31は、電力会社からの指令により、電力変換装置(インバータ)32によって交流に変換された第2の蓄電装置17からの電力Eを、電力会社の送電系統に供給(逆潮流)する機能を有している。このように、スマートメータ31を用いることにより、データセンタ10内の電子機器や空調機器などの運転を効率よく行うことが可能となり、データセンタ10からのCO2の排出を大幅に低減することができる。(Embodiment 3)
FIG. 7 shows
データセンタ10内には、特定地域の電力量を安定化させるための電力安定供給制御装置35が設けられている。電力安定供給制御装置35は、特定地域にある工場や家庭の使用電力量をその工場や一般住宅に設けられたスマートメータ(図示略)からの信号ES1に基づき監視している。電力安定供給制御装置35は、特定地域における電力の需給と供給のバランスをとるために、工場や一般住宅のスマートメータに向けて使用電力量を制御する信号ES2を出力する機能を有している。このように、工場や一般住宅においても、スマートメータを用いることにより、各種電気機器や空調機器などの運転を効率よく行うことが可能となり、CO2の排出を大幅に低減することができる。In the
(実施の形態4)
図8は、本発明の実施の形態4を示しており、第2の蓄電装置17を利用した電気自動車50、51の充電方式を示している。実施の形態1〜3では、電気自動車50は、二次電池85を最適な電圧および電流で急速充電することができる充電制御手段80を有しているが、この実施の形態4は、充電制御手段80を搭載しない電気自動車51の急速充電を可能とするものである。(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention, and shows a charging method of the
図8に示すように、電気自動車51には、走行モーター87に電力を供給するための二次電池85Bが搭載されている。充電スタンド26内には、二次電池85Bを急速充電するための充電制御手段48が設けられている。充電制御手段48は、二次電池85Bの型式に基づく急速充電が可能な機能を有しており、電気自動車51からの指令信号K2により二次電池85Bに最適な充電電圧および充電電流で二次電池85Bの急速充電を行う機能を有している。例えば、充電制御手段48は、電気自動車51の種類が異なる場合は、指令信号K2によって車種を判別し、その電気自動車51に搭載されている二次電池85Bの急速充電に最適な充電制御を行うようになっている。
As shown in FIG. 8, the
充電スタンド26充電ケーブル29は、電気自動車50と電気自動車51の急速充電に共用可能となっている。充電ケーブル29が電気自動車50に接続された場合は、電気自動車50からの指令信号K1に基づき制御部26aの第3のスイッチSW3がオンとなり、充電スタンド26の充電制御手段48はその機能を停止する。すなわち、充電制御手段48は、充電制御手段80を搭載しない電気自動車51の充電の場合だけ、動作するようになっている。
The charging
(実施の形態5)
図9は、本発明の実施の形態5を示している。実施の形態1、2においては、データセンタ10に適用した例を説明したが、実施の形態5は住宅に適用した場合を示している。(Embodiment 5)
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, the example applied to the
実施の形態5においては、電力変換装置13は、例えば入力された電圧100Vまたは200Vの交流電力を電圧380Vの直流電力に変換する機能を有している。電力変換装置13の出力側には、第1の直流負荷としてのサーバ41と、照明装置42と、デジタルテレビ43が接続されている。サーバ41は、フェムトセルとよばれる家庭用の通信基地局を構成する情報通信装置の一つであり、ここでは家庭用の高性能・高信頼性のコンピュータを意味する。サーバ14は、2つのDC−DCコンバータ41a、41cと、CPU(中央演算処理装置)41bと、HHD(ハイブリッドハードディスク)41dを有している。DC−DCコンバータ41aは、電力変換装置13からの直流電力をCPU14bに適合した電圧に制御する機能を有している。DC−DCコンバータ41cは、電力変換装置13からの直流電力をHHD41dに適合した電圧に制御する機能を有している。
In the fifth embodiment, the
また、電力変換装置13の出力側には、第1の直流負荷としての照明装置42およびデジタルテレビ43が接続されている。照明装置42は、DC−DCコンバータ42aと、LED42bとを有している。DC−DCコンバータ42aは、電力変換装置13からの直流電力をLED42bに適合した電圧に制御する機能を有している。LED42bは、直流電力によって発光する半導体素子であり、住宅40の室内照明として利用されている。
デジタルテレビ43は、DC−DCコンバータ43aと、FPD(フラットパネルディスプレー)43bとを有している。DC−DCコンバータ43aは、電力変換装置13からの直流電力をFPD43bに適合した電圧に制御する機能を有している。Further, an
The
住宅40の屋根40aには、太陽電池46が取付けられている。太陽電池46は、電力変換装置13の出力側と常時接続されている。太陽電池46から出力される直流電力の電圧は、電力変換装置13の出力電圧と同様の380Vに設定されている。住宅40内には、第2の直流負荷としての高出力電気ヒータ45が設置されている。高出力電気ヒータ45は、第5のスイッチSW5を介して第2のスイッチSW2の出力側に接続されている。高出力電気ヒータ45は、極めて短時間に大量の熱エネルギーを出力するものであり、たとえば調理用電熱器、給湯器、暖房装置として利用される。高出力電気ヒータ45は、ジュール熱のみを利用するものであり、誘導加熱を利用した電磁調理器のように電磁波を出さない利点がある。
A
このように構成された実施の形態5においては、高出力電気ヒータ45の使用の際は、第5のスイッチSW5をオンとすることにより、使用信号S9が回路切替手段20に出力される。これにより、これにより、回路切替手段20から第1のスイッチSW1にオフ指令信号S2が出力され、第1のスイッチSW1がオフとされる。つぎに、使用信号S9に基づき、回路切替手段20から第2のスイッチSW2にオン指令信号S3が出力され、第2のスイッチSW2がオンとされる。これにより、第2の蓄電装置17に貯蔵されている直流電力が第2の直流負荷である高出力電気ヒータ45に供給される。したがって、高出力電気ヒータ45は、極めて短時間で高温となり、高火力での調理などが可能となる。
In the fifth embodiment configured as described above, when the high-power
実施の形態5においては、上述の電気自動車50の急速充電の他に、第2の蓄電装置17に貯蔵された電力を利用して高出力電気ヒータ45も使用可能となり、第2の蓄電装置17の利用価値を高めることができる。また、太陽電池46からの直流電力は、第1の蓄電装置16、第2の蓄電装置17、サーバ41、照明装置42、デジタルテレビ43に供給可能であるので、再生可能エネルギーによる電力を常時利用することができ、CO2の削減により地球温暖化防止に寄与することができる。In the fifth embodiment, in addition to the rapid charging of the
(実施の形態6)
図10は、本発明の実施の形態6を示している。実施の形態6は、一般家庭にスマートメータ31とHEMS(Home Energy Management System)55を適用した場合を示している。HEMS55は、太陽電池46、燃料電池47、蓄電機能を備えた住宅において、住宅全体の電力供給や需要の状況を総合的に把握し、家電機器などの運転を効率よく行うことにより、総合的に省エネルギーを実現するものである。HEMS55は、住宅40における家電機器の使用状態をモニタリングして表示する機能と、家電機器を遠隔操作する機能を有している。HEMS55は、直流負荷だけでなく、商用電源11で動作する住宅40内の交流負荷49も制御する機能を有している。(Embodiment 6)
FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention. The sixth embodiment shows a case where a
住宅40の外側には、第2の蓄電装置17と接続された充電制御手段48が設けられている。充電制御手段48は、図8で説明したように、DC−DCコンバータから構成されており、充電制御手段80を搭載しない電気自動車51の充電が可能となっている。充電制御手段48は、電気自動車50を急速充電するための第3のスイッチSW3と並列に接続されている。これにより、住宅40においては、充電方式が異なる2種類の急速充電が可能となっている。充電制御手段48からの出力電力は、例えば直流電力系統を介してその他の直流負荷に供給可能となっている。このように構成された実施の形態6においては、HEMS55により家電機器などの運転を効率よく行うことが可能となり、CO2の排出を大幅に低減することができる。On the outside of the
以上、この発明の実施の形態1ないし6を詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、本発明の直流給電システムは、データセンタ10または住宅40に適用した例を説明したが、電気自動車の充電が可能な大型立体駐車場や大型冷凍倉庫など大電力を使用する建物にも適用することが可能である。大型冷凍倉庫が港湾に近い場所に敷設される場合は、大型冷凍倉庫の大型蓄電池を利用して船舶への急速充電が可能となる。
As described above, the first to sixth embodiments of the present invention have been described in detail. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and there are design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention. However, it is included in this invention. For example, the DC power supply system of the present invention has been described as being applied to the
また、第1の直流負荷は、情報通信装置を構成するサーバ14、41以外の装置であってもよく、情報通信装置は有線通信および無線通信を問わない。さらに、第2の直流負荷は、短時間で大電力を必要とする電気自動車50などの電動式移動体に限られず、調理用電熱器、給湯器、介護ロボットなども含まれる。上述の実施の形態1ないし3においては、電力変換装置13から出力される直流電力の出力電圧を380Vとしているが、この電圧値に限定されることはなく、例えばデータセンタ10の場合は360Vまたは400Vに設定してもよいし、一般住宅40の場合は例えば48Vとしてもよい。一般住宅40においても、高電圧に対して十分な安全性が確保できる電気機器などを使用する場合は、360〜400Vの高い電圧を使用することが可能である。
The first DC load may be a device other than the
図9および図10の住宅40で用いられる第2の蓄電装置17は、電気自動車50、51に搭載されていたものを再利用することができる。すなわち、電気自動車50、51に使用される二次電池85、85Bは、通常は容量に余裕を残した状態で交換されるので、使用済みの電池でも自動車以外の用途では長期にわたり使用できる。したがって、電気自動車50、51に搭載されていた二次電池85、85Bを住宅40の蓄電装置として再利用することで、住宅40における直流給電システムの投資コストを低減することが可能となる。
As the second
10 データセンタ
11 商用電力(交流電力)
13 電力変換装置
14 サーバ(第1の直流負荷)
15 照明装置(第1の直流負荷)
16 第1の蓄電装置
17 第2の蓄電装置
20 回路切替手段
21 停電検知手段
22 容量算出手段
33 燃料電池
34 インバータ
40 住宅
43 デジタルテレビ(第1の直流負荷)
45 高出力電気ヒータ(第2の直流負荷)
46 太陽電池
50 電気自動車(第2の直流負荷)
SW1 第1のスイッチ
SW2 第2のスイッチ10
13
15 Lighting device (first DC load)
45 High-power electric heater (second DC load)
46
SW1 first switch SW2 second switch
Claims (8)
前記電力変換装置によって充電されるとともに前記第1の蓄電装置と前記第1の直流負荷に対して並列に接続可能であり、貯蔵した前記電力変換装置からの直流電力を第2の直流負荷に供給可能で前記第1の蓄電装置よりも容量が大である第2の蓄電装置と、
前記電力変換装置と前記第2の蓄電装置とを接続する回路に設けられる第1のスイッチと、
前記第2の蓄電装置と前記第2の直流負荷とを接続する回路に設けられる第2のスイッチと、
前記交流電力の前記電力変換装置への供給停止を検出する停電検知手段と、
前記第2の蓄電装置に貯蔵された直流電力を前記第2の直流負荷に供給する際には、前記第1のスイッチをオフにするとともに前記第2のスイッチをオンとし、前記停電検知手段により前記交流電力の前記電力変換装置への供給停止を検知した際には、優先的に前記第1のスイッチをオンにするとともに前記第2のスイッチをオフとする回路切替手段と、
を備えたことを特徴とする直流給電システム。AC power that is charged by a power conversion device that converts AC power into DC power and that is always connected in parallel to a first DC load to which DC power from the power conversion device is supplied and supplied to the power conversion device A first power storage device capable of supplying a minimum DC power for backup to the first DC load when the voltage drops momentarily or stops instantaneously;
Charged by the power conversion device and connectable in parallel to the first power storage device and the first DC load, and supplies the stored DC power from the power conversion device to the second DC load A second power storage device capable of being larger in capacity than the first power storage device;
A first switch provided in a circuit connecting the power conversion device and the second power storage device;
A second switch provided in a circuit connecting the second power storage device and the second DC load;
A power failure detection means for detecting a supply stop of the AC power to the power converter;
When supplying the DC power stored in the second power storage device to the second DC load, the first switch is turned off and the second switch is turned on. Circuit switching means for preferentially turning on the first switch and turning off the second switch when detecting the supply stop of the AC power to the power converter;
A direct current power supply system comprising:
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