(57)【要約】【課題】  燃料電池の出力が二次電池へ流れ込むことを防ぎ、燃料電池によるバックアップ時間を増大する。【解決手段】  直流無停電電源システム１は、交流電源２００の交流電圧を直流電圧に変換して直流負荷３００に出力する整流器１１と、整流器１１によって充電され停電時などに直流負荷３００に直流電圧を出力する二次電池１２と、二次電池１２の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷３００に直流電圧を出力する燃料電池１３と、直流負荷３００に二次電池１２と燃料電池１３との一方を接続するとともに、燃料電池１３と二次電池１２との間を電気的に遮断するＤＣスイッチ１６と、を備える。【選択図】  図１
2006340564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して直流負荷に出力する整流器と、
前記整流器の出力に接続されて充電され、前記交流電源の停電時又は前記整流器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、
前記第１の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、
少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする直流無停電電源システム。
【請求項２】
前記燃料電池に並列に接続されるとともに、前記整流器の出力に接続されて充電される第２の電力蓄積装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の直流無停電電源システム。
【請求項３】
直流電源の直流電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して直流負荷に出力する変換器と、
前記変換器の出力に接続されて充電され、前記直流電源の停電時又は前記変換器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、
前記第１の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、
少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする直流無停電電源システム。
【請求項４】
前記燃料電池に並列に接続されるとともに、前記変換器の出力に接続されて充電される第２の電力蓄積装置をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の直流無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、停電時などに直流負荷に電力供給を継続して行う直流無停電電源システムに関し、特に、二次電池などの充放電を行う電力蓄電装置と燃料電池との双方をバックアップ用電源として備えた直流無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交流電源の停電時などにバックアップ用の直流電源から直流負荷に直流電圧を供給する直流無停電電源システムがある（例えば、特許文献１参照。）。また、燃料電池をバックアップ用の電源として利用し、交流電源の停電時に燃料電池の出力電圧（直流電圧）をインバータによって交流電圧に変換して交流電圧を交流負荷に供給する交流無停電電源システムがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
以下に、特許文献２の交流無停電電源システムから考えられる、二次電池などの電力蓄積装置と燃料電池との双方をバックアップ用の電源として備えた直流無停電電源システムについて図面を参照しつつ説明する。図５は直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。
【０００４】
直流無停電電源システム１００は、商用電源などの交流電源２００から直流負荷３００への通電路上に配設される。直流無停電電源システム１００には、交流電源２００に入力部が接続された整流器１１０が設けられている。整流器１１０は交流電源２００から入力部に入力される１００（Ｖ）の交流電圧を５０（Ｖ）の直流電圧に変換して出力部から出力する。また、直流無停電電源システム１００は、整流器１１０の出力部にアノードが接続されたダイオード１５０を有しており、ダイオード１５０のカソードは直流負荷３００に接続されている。
【０００５】
直流無停電電源システム１００は、交流電源２００のバックアップ用の電源として、二次電池１２０を備えているとともに、水素ボンベに充電された水素を燃料として直流電圧を発生する燃料電池１３０を備えている。二次電池１２０はダイオード１５０のカソードから直流負荷３００への通電路上のノードＮ１００に接続されている。燃料電池１３０は、セルスタック１３１とセルスタック１３１から出力される直流電圧を４９．５（Ｖ）の直流電圧に変換するコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１３２とを有している。燃料電池１３０のコンバータ１３２の出力はダイオード１４０のアノードに接続され、ダイオード１４０のカソードはノードＮ１００に接続されている。図５から分かるとおり、燃料電池１３０の出力電圧はダイオード１４０を介して二次電池１２０に供給される構成となっており、燃料電池１３０の供給エネルギーが二次電池１２０の回復充電に利用される。
【０００６】
直流無停電電源システム１００は、交流電源２００の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ１０１を介して検出する交流電源検出器１６０を有しており、検出した交流電源２００の出力電圧の電圧値を後述する制御器１９０に信号線Ｓｉｇ１０１を介して出力する。
直流無停電電源システム１００は、整流器１１０の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ１０２を介して検出する整流器検出器１７０を有しており、検出した整流器１１０の出力電圧の電圧値を後述する制御器１９０に信号線Ｓｉｇ１０２を介して出力する。
直流無停電電源システム１は、二次電池１２０の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ１０３を介して検出する二次電池検出器１８０を有しており、検出した二次電池１２０の出力電圧の電圧値を後述する制御器１９０に信号線Ｓｉｇ１０３を介して出力する。
【０００７】
直流無停電電源システム１は、燃料電池１３０の起動／停止の制御を行う制御器１９０を有している。制御器１９０は、交流電源検出器１６０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００の正常／故障（停電など）を判断し、整流器検出器１７０から入力される整流器１１０の出力電圧の電圧値により整流器１１０の正常／故障（交流電源２００の故障を含む。）を判断する。
制御器１９０は、交流電源２００の故障若しくは整流器１１０の故障と判断している時に二次電池検出器１８０から入力される二次電池１２０の出力電圧の電圧値が４８（Ｖ）未満になった場合に燃料電池１３０に信号線Ｓｉｇ１０４を介して起動信号を出力する。この起動信号を受けて燃料電池１３０は起動する。
【０００８】
制御器１９０は、交流電源２００の故障若しくは整流器１１０の故障と判断している時に、交流電源検出器１６０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００が正常に戻り、整流器検出器１７０から入力される整流器１１０の出力電圧の電圧値により整流器１１０が正常に戻ったと判断すると、燃料電池１３０に信号線Ｓｉｇ１０４を介して停止信号を出力する。これにより、燃料電池１３が停止する。
【０００９】
次に、図５の直流無停電電源システムの動作について図６を参照しつつ説明する。図６は図５の直流無停電電源システムの動作を説明するための波形図であり、横軸が時間、縦軸が直流負荷３００に入力される入力電圧（負荷電圧）の電圧値（Ｖ）である。
時間Ｔ１０１において、交流電源２００の交流電圧が整流器１１０によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換され、直流電圧が直流負荷３００に供給される。このとき、整流器１１０から出力される直流電圧が二次電池１２０に供給され、二次電池１２０がフロート充電される。
【００１０】
時間Ｔ１０２において交流電源２００の停電（瞬時停電を含む。）や整流器１１０の故障などが起こると、整流器１１０から直流負荷３００への電力供給は停止するが、瞬時に二次電池１２０が放電して放電電圧（直流電圧）を出力し、二次電池１２０から出力される直流電圧が直流負荷３００に供給される。
停電などの後、二次電池１２０によって直流負荷３００に直流電圧の供給が行われている時間Ｔ１０３では二次電池１２０の放電のために二次電池１２０の出力電圧（直流負荷３００の負荷電圧）の電圧値が時間の経過につれて低下する。二次電池検出器１８０は二次電池１２０の出力電圧を検出し、検出結果を制御器１９０へ出力する。制御器１９０は、二次電池検出器１８０の検出結果に基づいて、二次電池１２０の出力電圧の電圧値（負荷電圧の電圧値）が電圧値４８（Ｖ）未満になったかを判断する。
【００１１】
時間Ｔ１０４において制御器１９０は二次電池１２０の出力電圧の電圧値が電圧値４８（Ｖ）未満になったことを検知すると燃料電池１３０に起動信号を出力し、燃料電池１３０はこの起動信号を受けて起動する。その後燃料電池１３０の出力が確立するまでの時間Ｔ１０５では二次電池１２０により直流負荷３００へ直流電圧の供給が継続して行われる。
燃料電池１３０の出力確立後の時間Ｔ１０６では燃料電池１３０が４９．５（Ｖ）の直流電圧を出力しダイオード１４０を介して直流負荷３００に供給される。
【００１２】
時間Ｔ１０７において交流電源２００が復電などすると、交流電源２００の交流電圧が整流器１１０によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換されて直流負荷３００に出力される。それ以降の時間Ｔ１０８においては整流器１１０から直流負荷３００へ直流電圧が供給される。このとき、整流器１１０から出力される直流電圧が二次電池１２０に供給され、二次電池１２０がフロート充電される。交流電源検出器１６０は交流電源２００の出力電圧を検出し、検出結果を制御器１９０へ出力し、整流器検出器１７０は整流器１１０の出力電圧を検出し、検出結果を制御器１９０へ出力する。制御器１９０は、交流電源検出器１６０の検出結果、整流器検出器１７０の検出結果に基づいて、交流電源２００が正常に戻ったか、整流器１１０が正常に戻ったかを判断する。
交流電源２００が復電した後の時間Ｔ１０９において制御器１９０が交流電源２００や整流器１１０が正常に戻ったことを検知すると、燃料電池１３０に停止信号を出力し、燃料電池１３０は停止信号を受けて運転を停止する。
【特許文献１】特開平９−１０７６８１号公報
【特許文献２】特開２０００−３４１８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図５の直流無停電電源システム１００では、燃料電池１３０によって直流負荷３００に直流電圧が供給されている時（図６中Ｔ１０６）、燃料電池１３０の出力が直流負荷３００のみならず二次電池１２０にも供給されてしまい、燃料電池１３０の供給エネルギーが二次電池１２０の回復充電にも使用されてしまう。
そして、燃料電池１３０の供給エネルギーは水素ボンベに高圧ガスとして蓄えられた水素であり、燃料電池１３０の出力量には制限がある。
このため、燃料電池１３０の供給エネルギーが二次電池１２０の回復充電にも利用されてしまう図５の直流無停電電源システム１００では、燃料電池１３０によって直流負荷３００に直流電力を供給する時間（バックアップ時間）を十分に確保することができない場合が生じてしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、燃料電池の供給エネルギーが二次電池などの電力蓄積装置の回復充電に使用されることを防ぎ、燃料電池によるバックアップ時間を増大することを可能にする直流無停電電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の直流無停電電源システムは、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して直流負荷に出力する整流器と、前記整流器の出力に接続されて充電され、前記交流電源の停電時又は前記整流器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、前記第１の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする。
また、上記直流無停電電源システムにおいて、前記燃料電池に並列に接続されるとともに、前記整流器の出力に接続されて充電される第２の電力蓄積装置をさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の直流無停電電源システムは、直流電源の直流電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して直流負荷に出力する変換器と、前記変換器の出力に接続されて充電され、前記直流電源の停電時又は前記変換器の故障時に直流負荷に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、前記第１の電力蓄積装置の出力電圧が所定電圧未満になったことを検知して起動し直流負荷に直流電圧を出力する燃料電池と、少なくとも前記燃料電池の起動時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置との間を電気的に遮断するスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする。
また、上記直流無停電電源システムにおいて、前記燃料電池に並列に接続されるとともに、前記変換器の出力に接続されて充電される第２の電力蓄積装置をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料電池と二次電池などの第１の電力蓄積装置とを電気的に遮断するスイッチ手段を備えているために、燃料電池の出力が二次電池などの第１の電力蓄積装置へ流れ込むことがなく、従来のものに比べて燃料電池によるバックアップ時間を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態における燃料電池を利用した直流無停電電源システムについて図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施の形態における直流無停電電源システムの構成について図１を参照しつつ説明する。図１は本実施の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。なお、図１において、交流電源２００と直流負荷３００を除く部分が直流無停電電源システム１である。
【００１９】
直流無停電電源システム１は、交流電源２００から直流負荷３００への通電路上に配設される。直流無停電電源システム１には、交流電源２００に入力部が接続された整流器１１が設けられており、整流器１１は交流電源２００から入力部に入力される１００（Ｖ）の交流電圧を５０（Ｖ）の直流電圧に変換して出力部から出力する。また、直流無停電電源システム１は、バックアップ用の電源として、二次電池（第１の電力蓄積装置）１２を備えるとともに、水素ボンベに充電された水素を燃料として直流電圧を出力する燃料電池１３を備え、さらに、燃料電池１３の補充用の二次電池（第２の電力蓄積装置）１４を備えている。燃料電池１３は、セルスタック１３ａとセルスタック１３ａから出力される直流電圧を４９．５（Ｖ）の直流電圧に変換するコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１３ｂを有している。
【００２０】
また、直流無停電電源システム１は、整流器１１の出力部にアノードが接続されたダイオード１９を有している。直流無停電電源システム１には、ダイオード１９のカソードから直流負荷３００にかけての通電路上にＤＣスイッチ１５が設けられている。また、直流無停電電源システム１は、３つの端子１６ａ〜１６ｃを有し、端子１６ａを端子１６ｂと端子１６ｃとの双方の一方に接続する無瞬断切り替えを行うＤＣスイッチ（スイッチ手段）１６を備えている。ＤＣスイッチ１６の端子１６ａはＤＣスイッチ１５から直流負荷３００にかけての通電路上のノードＮ１に接続され、端子１６ｂは二次電池１２に接続され、端子１６ｃは燃料電池１３に接続されている。ＤＣスイッチ１６を設けることによって、燃料電池１３の出力電圧が二次電池１２に供給されることを防ぎ、燃料電池１３の供給エネルギーが二次電池１２の回復充電に使用されることをなくしている。
【００２１】
直流無停電電源システム１は、ダイオード１９のカソードにアノードが接続されたダイオード１７を有しており、ダイオード１７のカソードが二次電池１４に接続されている。また、直流無停電電源システム１は、ダイオード１７のカソードと二次電池１４にアノードが接続されたダイオード１８を有しており、ダイオード１８のカソードがＤＣスイッチ１６の端子１６ｃに接続されている。
【００２２】
直流無停電電源システム１は、交流電源２００の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ１を介して検出する交流電源検出器２０を有しており、検出した交流電源２００の出力電圧の電圧値を後述する制御器２４に信号線Ｓｉｇ１を介して出力する。
直流無停電電源システム１は、整流器１１の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ２を介して検出する整流器検出器２１を有しており、検出した整流器１１の出力電圧の電圧値を後述する制御器２４に信号線Ｓｉｇ２を介して出力する。
直流無停電電源システム１は、二次電池１２の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ３を介して検出する二次電池検出器２２を有しており、検出した二次電池１２の出力電圧の電圧値を後述する制御器２４に信号線Ｓｉｇ３を介して出力する。
直流無停電電源システム１は、燃料電池１３のコンバータ１３ｂの出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ４を介して検出する燃料電池検出器２３を有しており、検出した燃料電池２３の出力電圧の電圧値を後述する制御器２４に信号線Ｓｉｇ４を介して出力する。
【００２３】
直流無停電電源システム１は、燃料電池１３の起動／停止の制御、ＤＣスイッチ１５の開閉制御、ＤＣスイッチ１６の切り替え制御を行う制御器２４を有している。
制御器２４は、交流電源検出器２０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００の正常／故障（停電など）を判断し、整流器検出器２１から入力される整流器１１の出力電圧の電圧値により整流器１１の正常／故障（交流電源２００の故障を含む。）を判断する。
制御器２４は、交流電源２００の故障若しくは整流器１１の故障と判断している時に二次電池検出器２２から入力される二次電池１２の出力電圧の電圧値が４８（Ｖ）未満になった場合に燃料電池１３に信号線Ｓｉｇ５を介して起動信号を出力する。この起動信号を受けて燃料電池１３は起動する。
【００２４】
制御器２４は、燃料電池１３に起動信号を出力した後に燃料電池検出器２３から入力される燃料電池１３の出力電圧の電圧値が４９．５（Ｖ）になった場合（燃料電池１３の出力が確立した後）にＤＣスイッチ１６に信号線Ｓｉｇ６を介して端子１６ａに接続する端子を端子１６ｂから端子１６ｃに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ１５に信号線Ｓｉｇ７を介して開放信号を出力する。これにより、ＤＣスイッチ１６は端子１６ａに端子１６ｃが接続され、ＤＣスイッチ１５が開放する。
【００２５】
制御器２４は、交流電源２００の故障若しくは整流器１１の故障と判断している時に、交流電源検出器２０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００が正常に戻り、整流器検出器２１から入力される整流器１１の出力電圧の電圧値により整流器１１が正常に戻ったと判断すると、ＤＣスイッチ１５に信号線Ｓｉｇ７を介して短絡信号を出力する。制御器２４は、燃料電池１３に信号線Ｓｉｇ５を介して停止信号を出力する。制御器２４は、ＤＣスイッチ１６に信号線Ｓｉｇ６を介して端子１６ａに接続する端子を端子１６ｃから端子１６ｂに切り替える切り替え信号を出力する。これにより、ＤＣスイッチ１５が短絡し、燃料電池１３が停止し、ＤＣスイッチ１６は端子１６ａに端子１６ｂが接続される。
【００２６】
次に、図１の本実施の形態の直流無停電電源システム１の動作について図２を参照しつつ説明する。図２は図１の直流無停電電源システム１の動作を説明するための波形図であり、横軸が時間、縦軸が直流負荷３００に入力される入力電圧（負荷電圧）の電圧値（Ｖ）である。
時間Ｔ１において、ＤＣスイッチ１５は短絡しており、ＤＣスイッチ１６は端子１６ａに端子１６ｂが接続されている。交流電源２００の交流電圧が整流器１１によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換されて出力される。整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９およびＤＣスイッチ１５を介して直流負荷３００に供給される。このとき、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９およびＤＣスイッチ１５、１６を介して二次電池１２に供給され、二次電池１２がフロート充電される。また、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、１７を介して二次電池１４に供給され、二次電池１４がフロート充電される。
【００２７】
時間Ｔ２において交流電源２００の停電（瞬時停電を含む。）や整流器１１の故障などが起ると、整流器１１から直流負荷３００への電力供給が停止するが、ＤＣスイッチ１６の端子１６ａに端子１６ｂに接続された状態にあるため、瞬時に二次電池１２が放電して放電電圧（直流電圧）を出力する。二次電池１２から出力される直流電圧がＤＣスイッチ１６を介して直流負荷３００に供給される。交流電源検出器２０は交流電源２００の出力電圧を検出し、検出結果を制御器２４に出力する。また、整流器検出器２１は整流器１１の出力電圧を検出し、検出結果を制御器２４に出力する。制御器２４はこの検出結果により交流電源２００に故障或いは整流器１１に故障が起こったことを検知する。
【００２８】
停電などの後、二次電池１２によって直流負荷３００に直流電圧の供給が行われている時間Ｔ３では二次電池１２の放電のために二次電池１２の出力電圧の電圧値が時間の経過につれて低下する。二次電池検出器２２は二次電池１２の出力電圧を検出し、検出結果を制御器２４に出力する。制御器２４は、二次電池検出器２２による検出結果に基づいて、二次電池１２の出力電圧が４８（Ｖ）未満になったか判断する。
制御器２４は、二次電池検出器２２による検出結果に基づいて、二次電池１２の出力電圧が４８（Ｖ）未満になったことを検知すると、燃料電池１３に起動信号を出力する。燃料電池１３は起動信号を受けて起動して運転を開始する。燃料電池検出器２３は燃料電池１３のコンバータ１３ｂの出力電圧を検出し、検出結果を制御器２４に出力する。制御器２４は、燃料電池検出器２３による検出結果に基づいて、燃料電池１３のコンバータ１３ｂの出力電圧が４９．５（Ｖ）になったか（燃料電池１３の出力が確立したか）を判断する。
【００２９】
時間Ｔ４において制御器２４は、燃料電池検出器２３による検出結果に基づいて、燃料電池１３のコンバータ１３ｂの出力電圧が４９．５（Ｖ）になったこと（燃料電池１３の出力が確立したこと）を検知すると、制御器２４は、ＤＣスイッチ１６に端子１６ａに接続する端子を端子１６ｂから端子１６ｃに切り替える切り替え信号を出力する。また、制御器２４は、ＤＣスイッチ１５に開放信号を出力する。ＤＣスイッチ１６は、切り替え信号を受けて端子１６ａに端子１６ｃが接続されるようにスイッチの切り替えを行う。また、ＤＣスイッチ１５は開放信号を受けて開放する（オフする）。なお、ＤＣスイッチ１５を開放することによって燃料電池１３の出力電圧がＤＣスイッチ１６、１５およびダイオード１７を介して二次電池１４に供給されることを防ぎ、燃料電池１３の供給エネルギーが二次電池１４の回復充電に利用されることを防いでいる。
【００３０】
ＤＣスイッチ１５およびＤＣスイッチ１６の切り替えられた後の時間Ｔ５では、その最初の数秒間は燃料電池１３のコンバータ１３ｂからの出力電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ１６を介して直流負荷３００に供給されるとともに、二次電池１４の放電電圧（直流電圧）がダイオード１８およびＤＣスイッチ１６を介して直流負荷３００に供給される。最初の数秒間が経過した後は、燃料電池１３のコンバータ１３ｂからの出力電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ１６を介して直流負荷３００に供給される。なお、二次電池１４は燃料電池１３の負荷急変に対する応答性の悪さを補うためにＤＣスイッチ１６が切り替わった直後の数秒間バックアップ用の電源として利用できれば足りるため小容量の二次電池でよい。
【００３１】
時間Ｔ６において交流電源２００が復電などすると、交流電源２００の交流電圧が整流器１１によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換されて出力される。整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、１７、１８、ＤＣスイッチ１６を介して直流負荷３００に供給される。これ以降の時間Ｔ７では、この経路で整流器１１から出力される直流電圧が直流負荷３００に供給される。このとき、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、１７を介して二次電池１４に供給され、二次電池１４がフロート充電される。
【００３２】
時間Ｔ８において、制御器２４は、交流電源検出器２０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００が正常に戻り、整流器検出器２１から入力される整流器１１の出力電圧の電圧値により整流器１１が正常に戻ったと判断すると、ＤＣスイッチ１５に短絡信号を出力する。ＤＣスイッチ１５は短絡信号を受けて短絡する（オンする）。そして、制御器２４は、燃料電池１３に停止信号を出力し、燃料電池１３は停止信号を受けて運転を停止する。制御器２４は、ＤＣスイッチ１６に端子１６ａに接続する端子を端子１６ｃから端子１６ｂに切り替える切り替え信号を出力する。ＤＣスイッチ１６は切り替え信号を受けて端子１６ａに端子１６ｂが接続されるようにスイッチを切り替える。
【００３３】
それ以降の時間Ｔ９では交流電源２００の交流電圧が整流器１１によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換されて出力される。整流器１０から出力される直流電圧がダイオード１９およびＤＣスイッチ１５を介して直流負荷３００に供給される。このとき、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９およびＤＣスイッチ１５、１６を介して二次電池１２に供給され、二次電池１２がフロート充電される。また、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、１７を介して二次電池１４に供給され、二次電池１４がフロート充電される。
【００３４】
上述した本実施の形態では、ＤＣスイッチ１６を設けて、燃料電池１３の出力が二次電池１２へ流れ込む経路がなくなるように直流無停電電源システム１を構成したため、燃料電池１３の供給エネルギーが二次電池１２の回復充電に使われることがない。また、ＤＣスイッチ１５を設け、燃料電池１３が直流電圧を出力している期間のほぼ全てでＤＣスイッチ１５が開放しているとともに、ダイオード１８を設けて、燃料電池１３の出力が二次電池１４へ流れ込まないように直流無停電電源システム１を構成し動作させるため、燃料電池１３の供給エネルギーが二次電池１４の回復充電に使われることがない。従って、燃料電池１３の供給エネルギーの全てを直流負荷３００への供給に使うことができ、燃料電池１３によるバックアップ時間を長くすることができる。
【００３５】
また、燃料電池１３と並列に二次電池１４を設けることによって、負荷急変に対する燃料電池１３の応答性の悪さを補うことが可能になる。なお、二次電池４０は燃料電池３０の応答性の悪さを補うためのものであって、数秒間のバックアップを行うものであることから、小容量のもので良く、燃料電池本体に搭載しても良い。また、二次電池４０の代わりに電気二重層コンデンサを利用してもよい。
【００３６】
以下、本発明の他の実施の形態における燃料電池を利用した直流無停電電源システムについて図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施の他の形態における直流無停電電源システムの構成について図３を参照しつつ説明する。図３は本実施の他の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。なお、図３において、交流電源２００と直流負荷３００を除く部分が直流無停電電源システム２である。また、図１の直流無停電電源システム１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。ただし、図３の直流無停電電源システム２には、燃料電池１３のコンバータ１３ｂの出力電圧を検出する燃料電池検出器２３に対応する構成がない。
【００３７】
図３に示す直流無停電電源システム２は、図１の直流無停電電源システム１のＤＣスイッチ１６の代わりに、スイッチ部３１が設けられている。スイッチ部３１は、スイッチ３１ａと、ダイオード３１ｂ、３１ｃとを有している。スイッチ３１ａの一の端子はダイオード１９から直流負荷３００への通電路上のノードＮ１に接続され、他の端子は二次電池１２に接続されている。ダイオード３１ｂは、アノードが二次電池１２に接続され、カソードがノードＮ１に接続されている。ダイオード３１ｃは、アノードが燃料電池１３とダイオード１８のカソードに接続され、カソードがノードＮ１に接続されている。図３から、スイッチ部３１のスイッチ３１ａが開放している（オフしている）状態では、燃料電池１３の出力電圧が二次電池１２に供給される経路がないことが分かる。
【００３８】
また、図３に示す直流無停電電源システム２は、制御器２４の代わり、燃料電池１３の起動／停止の制御、ＤＣスイッチ１５の開閉制御、スイッチ部３１のスイッチ３１ａの切り替え制御を行う制御器３２が設けられている。
制御器３２は、交流電源検出器２０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００の正常／故障（停電など）を判断し、整流器検出器２１から入力される整流器１１の出力電圧の電圧値により整流器１１の正常／故障（交流電源２００の故障を含む。）を判断する。
制御器３２は交流電源２００の故障若しくは整流器１１の故障を検出すると、スイッチ部３１に信号線Ｓｉｇ１２を介してスイッチ３１ａの開放信号を出力し、ＤＣスイッチ１５に信号線Ｓｉｇ１３を介して開放信号を出力する。これにより、スイッチ部３１のスイッチ３１ａが開放し、ＤＣスイッチ１５が開放する。
【００３９】
制御器３２は、交流電源２００の故障若しくは整流器１１の故障と判断している時に二次電池検出器２２から入力される二次電池１２の出力電圧の電圧値が４８（Ｖ）未満になった場合に燃料電池１３に信号線Ｓｉｇ１１を介して起動信号を出力する。この起動信号を受けて燃料電池１３は起動する。
【００４０】
制御器３２は、交流電源２００の故障若しくは整流器１１の故障と判断している時に、交流電源検出器２０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００が正常に戻り、整流器検出器２１から入力される整流器１１の出力電圧の電圧値により整流器１１が正常に戻ったと判断すると、スイッチ部３１に信号線Ｓｉｇ１２を介してスイッチ３１ａの短絡信号を出力し、ＤＣスイッチ１５に信号線Ｓｉｇ１３を介して短絡信号を出力する。また、制御器３２は、燃料電池１３に信号線Ｓｉｇ１１を介して停止信号を出力する。これにより、スイッチ部３１のスイッチ３１ａが短絡し、ＤＣスイッチ１５が短絡し、燃料電池１３が停止する。
【００４１】
次に、図３の本実施の他の形態の直流無停電電源システム２の動作について説明する。
交流電源２００および整流器１１の双方が正常である場合、ＤＣスイッチ１５およびスイッチ部３１のスイッチ３１ａは共に短絡している。交流電源２００の交流電圧が整流器１１によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換されて出力される。整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９およびＤＣスイッチ１５を介して直流負荷３００に供給される。このとき、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、ＤＣスイッチ１５、およびスイッチ部３１のスイッチ３１ａを介して二次電池１２に供給され、二次電池１２がフロート充電される。また、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、１７を介して二次電池１４に供給され、二次電池１４がフロート充電される。
【００４２】
交流電源２００の停電（瞬時停電を含む。）や整流器１１の故障などが起ると、整流器１１から直流負荷３００への電力供給が停止するが、二次電池１２がスイッチ部３１のダイオード３１ｂを介して直流負荷３００に接続されているため、瞬時に二次電池１２が放電して放電電圧（直流電圧）を出力する。二次電池１２から出力される直流電圧がスイッチ部３１のダイオード３１ｂを介して直流負荷３００に供給される。同様に、二次電池１４が放電して放電電圧（直流電圧）を出力し、二次電池１４から出力される直流電圧がダイオード１８およびスイッチ部３１のダイオード３１ｃを介して直流負荷３００に供給される。
交流電源検出器２０は交流電源２００の出力電圧を検出し、検出結果を制御器２４に出力する。また、整流器検出器２１は整流器１１の出力電圧を検出し、検出結果を制御器２４に出力する。制御器２４はこの検出結果により交流電源２００に故障或いは整流器１１に故障が起こったことを検知する。制御器３２は交流電源２００の故障若しくは整流器１１の故障を検知すると、スイッチ部３１にスイッチ３１ａの開放信号を出力し、ＤＣスイッチ１５に開放信号を出力する。これにより、スイッチ部３１のスイッチ３１ａが開放し、ＤＣスイッチ１５が開放する。
【００４３】
二次電池１２によって直流負荷３００に直流電圧の供給が行われている時間では二次電池１２の放電のために二次電池１２の出力電圧の電圧値が時間の経過につれて低下する。二次電池検出器２２は二次電池１２の出力電圧を検出し、検出結果を制御器２４に出力する。制御器２４は、二次電池検出器２２による検出結果に基づいて、二次電池１２の出力電圧が４８（Ｖ）未満になったか判断する。
制御器２４は、二次電池検出器２２による検出結果に基づいて、二次電池１２の出力電圧が４８（Ｖ）未満になったことを検知すると、燃料電池１３に起動信号を出力する。燃料電池１３は起動信号を受けて起動して運転を開始する。燃料電池１３のコンバータ１３ｂからの出力電圧（直流電圧）がスイッチ部３１のダイオード３１ｃを介して直流負荷３００に供給されるとともに、二次電池１４の放電電圧（直流電圧）がダイオード１８およびスイッチ部３１のダイオード３１ｃを介して直流負荷３００に供給される。
【００４４】
交流電源２００が復電などすると、交流電源２００の交流電圧が整流器１１によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換されて出力される。整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１７、１８、スイッチ３１のダイオード３１ｃを介して直流負荷３００に供給される。制御器２４は、交流電源検出器２０から入力される交流電源２００の出力電圧の電圧値により交流電源２００が正常に戻り、整流器検出器２１から入力される整流器１１の出力電圧の電圧値により整流器１１が正常に戻ったと判断すると、スイッチ部３１にスイッチ３１ａの短絡信号を出力し、ＤＣスイッチ１５に短絡信号を出力する。また、制御器３２は、燃料電池１３に停止信号を出力する。これにより、スイッチ部３１のスイッチ３１ａが短絡し、ＤＣスイッチ１５が短絡し、燃料電池１３が停止する。
【００４５】
それ以降の時間では交流電源２００の交流電圧が整流器１１によって５０（Ｖ）の直流電圧に変換されて出力される。整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９およびＤＣスイッチ１５を介して直流負荷３００に供給される。このとき、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、ＤＣスイッチ１５、およびスイッチ部３１のスイッチ３１ａを介して二次電池１２に供給され、二次電池１２がフロート充電される。また、整流器１１から出力される直流電圧がダイオード１９、１７を介して二次電池１４に供給され、二次電池１４がフロート充電される。
【００４６】
図３の無停電電源システム２において、スイッチ部３１のスイッチ３１ａを設け、交流電源２００や整流器１１の故障時にスイッチ３１ａを開放することによって、燃料電池１３が直流電圧を出力している期間では燃料電池１３の出力が二次電池１２へ流れ込む経路がなくなるため、燃料電池１３の供給エネルギーが二次電池１２の回復充電に使われることがない。また、ＤＣスイッチ１５を設け、交流電源２００や整流器１１の故障時にスイッチ３１ａを開放するとともに、ダイオード１８を設けることによって、燃料電池１３が直流電圧を出力している期間では燃料電池１３の出力が二次電池１４へ流れ込む経路がなくなるため、燃料電池１３の供給エネルギーが二次電池１４の回復充電に使われることがない。従って、燃料電池１３の供給エネルギーの全てを直流負荷３００への供給に使うことができ、燃料電池１３によるバックアップ時間を長くすることができる。
【００４７】
他の実施の形態における直流無停電電源システムについて図４を参照しつつ説明する。図４は他の実施の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。図１の直流無停電電源システム１は交流電源から直流負荷への通電路上に設けられるものであるのに対して、図４の直流無停電電源システム５は直流電源から直流負荷への通電路上に設けられるものである。図４では、直流電源の一例をして太陽電池２５０を示している。
【００４８】
図３の直流無停電電源システム５は、図１の直流無停電電源システム１とは、直流無停電電源システム１の整流器１１の代わりに、太陽電池２５０によって出力される直流電圧を５０（Ｖ）の直流電圧に変換して出力するコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）５１を備えている点において異なっている。また、図３の直流無停電電源システム５は、図１の直流無停電電源システム１とは、交流電源検出器２０、整流器検出器２１の代わりに、直流電源検出器５２、コンバータ検出器５３を備えている点において異なっている。ただし、図３の直流無停電電源システム５の動作はコンバータ１５が直流電圧を５０（Ｖ）の直流電圧に変換して出力する点、直流電源検出器５２が直流電源としての太陽電池２５０の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ３１を介して検出し、検出した太陽電池２５０の出力電圧の電圧値を信号線Ｓｉｎ３１を介して制御器２４に出力する点、コンバータ検出器５３がコンバータ５１の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ３２を介して検出し、検出したコンバータ５１の出力電圧の電圧値を信号線Ｓｉｎ３２を介して制御器２４に出力する点、を除けば図１の直流無停電電源システム１と基本的に同じであるため詳細な説明は省略する。
図４の無停電電源システム５においても図１の無停電電源システム１と同様の効果が得られる。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図２】図１の直流無停電電源システムの動作を説明するための波形図。
【図３】他の実施の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図４】他の実施の形態の直流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図５】燃料電池をバックアップ用の電源として備えた直流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図６】図５の直流無停電電源システムの動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
【００５１】
１  直流無停電電源システム
１１  整流器
１２、１４  二次電池
１３  燃料電池
１３ａ  セルスタック
１３ｂ  コンバータ
１５、１６  ＤＣスイッチ
１７、１８、１９  ダイオード
２０  交流電源検出器
２１  整流器検出器
２２  二次電池検出器
２３  燃料電池検出器
２４  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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