(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】  交流無停電電源システム１に、交流電源２から交流負荷３への通電路上に交流側端子が接続された双方向電力変換装置１１の直流側端子に、二次電池１３と燃料電池１４との何れか一方を接続するＤＣスイッチ１２を設ける。このＤＣスイッチ１２により、燃料電池１４と二次電池１３との間を電気的に遮断し、燃料電池１４の出力が燃料電池１４から二次電池１３へ流れ込むことを防ぐ。【選択図】  図１
2006333626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流側端子と直流側端子とを有し、交流電源から交流負荷にかけての通電路上に前記交流側端子が接続され、前記交流側端子に入力される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流側端子から出力する整流器動作、および前記直流側端子に入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記交流側端子から出力するインバータ動作を行う双方向電力変換装置と、
前記双方向電力変換装置の前記直流側端子から出力される直流電圧によって充電され、前記交流電源の故障時に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、
前記交流電源の故障を検知して起動し直流電圧を出力する燃料電池と、
前記双方向電力変換装置の前記直流側端子に前記第１の電力蓄積装置と前記燃料電池とを接続し、少なくとも前記燃料電池の出力時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置とを電気的に遮断するスイッチ手段と、
前記交流電源の故障を検知すると前記双方向電力変換装置の動作を前記整流器動作から前記インバータ動作へ切り替える動作切替手段と、
を備えたことを特徴とする交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、前記双方向電力変換装置の前記直流側端子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記載の交流無停電電源システム。
【請求項３】
交流電源に入力部が接続され、入力部に入力される交流電圧を直流電圧に変換して出力部から出力する整流器と、
前記整流器の出力部から出力される直流電圧によって充電され、前記交流電源の故障時に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、
前記交流電源の故障を検知すると起動し直流電圧を出力する燃料電池と、
入力部に入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力部から出力するインバータと、
前記インバータの前記入力部に前記第１の電力蓄積装置と前記燃料電池とを接続し、少なくとも前記燃料電池の出力時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置とを電気的に遮断するスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする交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、前記整流器の前記出力部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記載の交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、停電時などに交流負荷に電力供給を継続して行う交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交流無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バックアップ用電源として二次電池と燃料電池とを備え、商用電源などの交流電源の停電時などにバックアップ用電源から交流負荷へ電力供給を行う交流無停電電源システムがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
以下、従来の交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６は従来の交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、交流電源２および交流負荷３を除く部分が交流無停電電源システム１００である。
交流無停電電源システム１００は、商用電源などの交流電源２から交流負荷３への通電路上に配設される。図６に示す交流無停電電源システム１００には、一方の端子（以下、交流側端子という。）が、交流電源２から交流負荷３への通電路上のノードＮ１００に接続された双方向電力変換装置１０１が備えられている。この双方向電力変換装置１０１は、交流側端子に入力された交流電圧を直流電圧に変換して他方の端子（以下、直流側端子という。）から出力する整流器動作（充電動作）の機能と、直流側端子に入力された直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して交流側端子から出力するインバータ動作（放電動作）の機能とを有する。
【０００４】
交流無停電電源システム１００は、バックアップ用の電源として二次電池１０２と燃料電池１０３とを備えている。二次電池１０２は双方向電力変換装置１０１の直流側端子に接続されている。また、燃料電池１０３は水素ボンベを備え、その水素ボンベに充填された水素を燃料として直流電圧を発生するものであり、セルスタック１０３ａとセルスタック１０３ａの出力電圧（直流電圧）を所定の電圧値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）１０３ｂとを備えている。燃料電池１０３のコンバータ１０３ｂの出力はダイオード１０４のアノードに接続され、ダイオード１０４のカソードは双方向電力変換装置１０１の直流側端子に接続されている。図６から分かる通り、燃料電池１０３はダイオード１０４を介して二次電池１０２に接続されている。
【０００５】
交流無停電電源装置１００には、交流電源２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１０５が備えられており、交流電源検出器１０５は検出した交流電源２の交流電圧の電圧値を信号線Ｓｉｇ１０１を介して後述する制御器１０６に出力する。
交流無停電電源装置１００には、制御器１０６が備えられている。制御器１０６は、交流電源検出器１０５から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づき、燃料電池１０３に信号線Ｓ１０２を介して運転信号、又は、停止信号を出力する。これによって、燃料電池１０３は運転を開始し、又は、運転を停止する。
制御器１０６は、交流電源検出器１０５から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づき、双方向電力変換装置１０１に信号線Ｓ１０３を介して双方向電力変換装置１０１の動作を整流器動作からインバータ動作への切り替え信号、又は、インバータ動作から整流器動作への切り替え信号を出力する。これによって、双方向電力変換装置１０１の動作が整流器動作からインバータ動作に、又は、インバータ動作から整流器動作に切り替わる。
【０００６】
次に、図６の従来の交流無停電電源システム１００の動作について図７を参照しつつ説明する。図７は図６の従来の交流無停電電源システム１００の動作を説明するための波形図である。ただし、図７（ａ）は交流電源２の出力電圧、図７（ｂ）は双方向電力変換装置１０１の交流側端子の電圧、図７（ｃ）は双方向電力変換装置１０１の直流側端子の電圧、図７（ｄ）は交流負荷３への入力電圧（負荷電圧）である。また、図７では、横軸が時間、縦軸が電圧値（Ｖ）である。
【０００７】
交流電源２が正常な時間Ｔ１０１において、双方向電力変換装置１０１は整流器動作をしている。交流電源２の出力電圧（交流電圧）が交流負荷３に供給される（図７（ａ）、（ｄ））。これとともに、交流電源２の交流電圧が双方向電力変換装置１０１の交流側端子に供給される（図７（ａ）、（ｂ））。交流側端子に供給された交流電圧が双方向電力変換装置１０１によって直流電圧に変換され、その直流側端子から直流電圧が出力される（図７（ｂ）、（ｃ））。この双方向電力変換装置１０１の直流側端子から出力される直流電圧によって二次電池１０２がフロート充電される。交流電源検出器１０５は交流電源２の出力電圧を検出しており、交流電源検出器１０５の検出結果が制御器１０６に出力され、制御器１０６は交流電源２の停電などの故障を監視している。
【０００８】
時間Ｔ１０２において交流電源２に停電などの故障が発生し、制御器１０６は交流電源検出器１０５から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の無電圧（交流電源２の停電などの故障）を検知すると、制御器１０６は燃料電池１０３に運転信号を出力し、燃料電池１０３は運転信号を受けて起動して運転を開始する。これとともに、制御器１０６は、双方向電力変換装置１０１に双方向電力変換装置１０１の動作を整流器動作からインバータ動作への切り替え信号を出力し、双方向電力変換装置１０１はその動作を整流器動作からインバータ動作に切り替える。双方向電力変換装置１０１の動作がインバータ動作に切り替わった後の時間Ｔ１０３では、二次電池１０２が放電し、その放電電圧（直流電圧）が双方向電力変換装置１０１の直流側端子に供給される（図７（ｃ））。直流側端子に供給された直流電圧が双方向電力変換装置１０１によって交流電圧に変換され、その交流側端子から交流電圧が出力される（図７（ｂ）、（ｃ））。双方向電力変換装置１０１の交流側端子から出力される交流電圧が交流負荷３へ供給される（図７（ｂ）、（ｄ））。
【０００９】
燃料電池１０３の出力が確立した後の時間Ｔ１０４では、燃料電池１０３のコンバータ１０３ｂから出力される直流電圧がダイオード１０４を介して双方向電力変換装置１０１の直流側端子に供給される（図７（ｃ））。直流側端子に供給された直流電圧が双方向電力変換装置１０１によって交流電圧に変換され、その交流側端子から交流電圧が出力される（図７（ｂ）、（ｃ））。双方向電力変換装置１０１の交流側端子から出力される交流電圧が交流負荷３へ供給される（図７（ｂ）、（ｄ））。このとき、燃料電池１０３の出力はダイオード１０４を介して二次電池１０２に流れ込み、燃料電池１０３の供給エネルギーが二次電池１０２の回復充電にも使用される。
【００１０】
時間Ｔ１０５において交流電源２が復電などして正常に戻り、制御器１０６が交流電源検出器１０５から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２が無電圧でなくなったこと（交流電源２の停電などの故障がなおったこと）を検知すると、制御器１０６は燃料電池１０３に停止信号を出力し、燃料電池１０３は停止信号を受けて運転を停止する。これとともに、制御器１０６は、双方向電力変換装置１０１に双方向電力変換装置１０１の動作をインバータ動作から整流器動作への切り替え信号を出力し、双方向電力変換装置１０１は切り替え信号を受けてその動作をインバータ動作から整流器動作に切り替える。交流電源が正常に戻った時間Ｔ１０５およびそれ以降の時間Ｔ１０６では、交流電源２の交流電圧が交流負荷３に供給される（図７（ａ）、（ｄ））。また、双方向電力変換装置１０１の動作が整流器動作に切り替わった後の時間Ｔ１０６では、交流電源２から双方向電力変換装置１０１の交流側端子に供給された交流電圧が双方向電力変換装置１０１によって直流電圧に変換され、その直流側端子から直流電圧が出力される（図７（ｂ）、（ｃ））。この双方向電力変換装置１０１の直流側端子から出力される直流電圧によって二次電池１０２がフロート充電される。
【００１１】
以下に他の交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８は従来の他の交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、交流電源２および交流負荷３を除く部分が交流無停電電源システム２００である。
交流無停電電源システム２００は、商用電源などの交流電源２から交流負荷３への通電路上に配設される。交流無停電電源システム２００は、交流電源２に入力部が接続され、入力部に入力される交流電源２の出力電圧（交流電圧）を直流電圧に変換して出力部から出力する整流器２０１を備えているとともに、整流器２０１の出力部に入力部が接続されるインバータ２０２を備えている。インバータ２０２は入力部に入力される直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力部から出力する。
【００１２】
交流無停電電源システム２００は、交流電源２の出力に端子２０３ａが接続され、インバータ２０２の出力部に端子２０３ｂが接続され、端子２０３ｃに交流負荷３が接続されている無瞬断切り替えを行うＡＣスイッチ２０３を備えている。このＡＣスイッチ２０３の端子２０３ｃに端子２０３ａが接続されているとき、交流負荷３には交流電源２の出力電圧が供給される。また、このＡＣスイッチ２０３の端子２０３ｃに端子２０３ｂが接続されているとき、交流負荷３にはインバータ２０２によって変換され出力される交流電圧が供給される。
【００１３】
また、交流無停電電源システム２００は、バックアップ用の電源として二次電池２０４と燃料電池２０５とを備える。二次電池２０４は整流器２０１とインバータ２０２との間の電力線上のノードＮ２００に接続されている。燃料電池２０５は水素ボンベを備え、その水素ボンベに充填された水素を燃料として直流電圧を発生するものである。燃料電池２０５は、セルスタック２０５ａとセルスタック２０５ａの出力電圧（直流電圧）を所定の電圧値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）２０５ｂとを備えている。燃料電池２０５のコンバータ２０５ｂの出力はダイオード２０６のアノードに接続され、ダイオード２０６のカソードはノードＮ２００に接続されている。図８から分かる通り、燃料電池２０５はダイオード２０６を介して二次電池２０４に接続されている。
【００１４】
交流無停電電源装置２００には、交流電源２の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ２０１を介して検出する交流電源検出器２０７が備えられており、交流電源検出器２０７は検出した交流電源２の交流電圧の電圧値を信号線Ｓｉｇ２０１を介して後述する制御器２０８に出力する。
交流無停電電源装置２００には、制御器２０８が備えられている。制御器２０８は交流電源検出器２０７から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づき、燃料電池２０５に信号線Ｓ２０２を介して運転信号、又は、停止信号を出力する。これによって、燃料電池２０５は運転を開始し、又は、運転を停止する。
制御器２０８は交流電源検出器２０７から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づき、ＡＣスイッチ２０３に信号線Ｓ２０３を介してＡＣスイッチ２０３の端子２０３ｃに接続する端子を端子２０３ａから２０３ｂへの切り替え信号、又は、端子２０３ｃに接続する端子を端子２０３ｂから２０３ａへの切り替え信号を出力する。これによって、ＡＣスイッチ２０３の端子２０３ｃに接続される端子が端子２０３ａから２０３ｂに切り替り、又は、端子２０３ｃに接続される端子が端子２０３ｂから２０３ａに切り替わる。
【００１５】
次に、図８の従来の交流無停電電源システム２００の動作について図８を参照しつつ説明する。図９は図８の従来の交流無停電電源システム２００の動作を説明するための波形図である。ただし、図９（ａ）は交流電源２の出力電圧、図９（ｂ）はノードＮ２００の直流電圧、図９（ｃ）は交流負荷３への入力電圧（負荷電圧）である。また、図９では、横軸が時間、縦軸が電圧値（Ｖ）である。
【００１６】
交流電源２が正常な時間Ｔ２０１において、ＡＣスイッチ２０３では端子２０３ａと端子２０３ｃとが接続されている。交流電源２の交流電圧がＡＣスイッチ２０３を介して交流負荷３に供給される（図９（ａ）、（ｃ））。これとともに、交流電源２の交流電圧が整流器２０１の入力部に供給され、整流器２０１によって直流電圧に変換され、その出力部から直流電圧が出力される。この整流器２０１の出力部から出力される直流電圧によって二次電池２０４がフロート充電される（図９（ａ）、（ｂ））。交流電源検出器２０７は交流電源２の出力電圧を検出しており、交流電源検出器２０７の検出結果が制御器２０８に出力され、制御器２０８は交流電源２の停電などの故障を監視している。
【００１７】
時間Ｔ２０２において交流電源２に停電などの故障が発生し、制御器２０８は交流電源検出器２０７から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の無電圧（交流電源２の停電などの故障）を検知すると、制御器２０８は燃料電池２０５に運転信号を出力し、燃料電池２０５は運転信号を受けて起動して運転を開始する。これとともに、制御器２０８は、ＡＣスイッチ２０３にその端子２０３ｃに接続する端子を端子２０３ａから２０３ｂへの切り替え信号を出力し、ＡＣスイッチ２０３はこの切り替え信号を受けて端子２０３ｃに接続する端子を端子２０３ａから端子２０３ｂに切り替える。ＡＣスイッチ２０３が切り替えられた後の時間Ｔ２０３では、二次電池２０４が放電し、その放電電圧（直流電圧）がインバータ２０２の入力部に供給される（図９（ｂ））。インバータ２０２の入力部に入力された直流電圧がインバータ２０２によって交流電圧に変換され、その出力部から交流電圧が出力される。インバータ２０２の出力部から出力される交流電圧がＡＣスイッチ２０３を介して交流負荷３へ供給される（図９（ｃ））。
【００１８】
燃料電池２０５の出力が確立した後の時間Ｔ２０４では、燃料電池２０５のコンバータ２０５ｂから出力される直流電圧がインバータ２０２の入力部に供給される（図９（ｂ））。インバータ２０２の入力部に入力された直流電圧がインバータ２０２によって交流電圧に変換され、その出力部から交流電圧が出力される。インバータ２０２の出力部から出力される交流電圧がＡＣスイッチ２０３を介して交流負荷３へ供給される（図９（ｃ））。このとき、燃料電池２０５の出力はダイオード２０６を介して二次電池２０４に流れ込み、燃料電池２０５の供給エネルギーが二次電池２０４の回復充電にも使用される。
【００１９】
時間Ｔ２０５において交流電源２が復電などして正常に戻り、制御器２０８が交流電源検出器２０７から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２が無電圧でなくなったこと（交流電源２の停電などの故障がなおったこと）を検知すると、制御器２０８は、ＡＣスイッチ２０３にその端子２０３ｃに接続する端子を端子２０３ｂから２０３ａへの切り替え信号を出力し、ＡＣスイッチ２０３はこの切り替え信号を受けて端子２０３ｃに接続する端子を端子２０３ｂから端子２０３ａに切り替える。また、制御器２０８は燃料電池２０５に停止信号を出力し、燃料電池２０５は停止信号を受けて運転を停止する。ＡＣスイッチ２０３が切り替えられた後の時間Ｔ２０６では、交流電源２の交流電圧がＡＣスイッチ２０３を介して交流負荷３に供給される（図９（ａ）、（ｃ））。これとともに、交流電源２の交流電圧が整流器２０１の入力部に供給され、整流器２０１によって直流電圧に変換され、その出力部から直流電圧が出力される。この整流器２０１の出力部から出力される直流電圧によって二次電池２０４がフロート充電される（図９（ａ）、（ｂ））。
【特許文献１】特開２０００−３４１８８１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】
【００２０】
図６の従来の交流無停電電源システム１００では、燃料電池１０３の出力により交流負荷３へ交流電力が供給されている時（図７中Ｔ１０４）、燃料電池１０３の出力が二次電池１０２にも流れてしまい、燃料電池１０３の供給エネルギーが二次電池１０２の回復充電にも使用されてしまう。また、図８の従来の交流無停電電源システム２００も同様に、燃料電池２０５の供給エネルギーが二次電池２０４の回復充電に使用されてしまう。
そして、燃料電池１０３、２０５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１０３、２０５の出力量には制限がある。
このため、燃料電池１０３、２０５の供給エネルギーが二次電池１０２、２０４の回復充電にも利用されてしまう従来の交流無停電電源システム１００、２００では、燃料電池１０３、２０５によって交流負荷３へ交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。
【００２１】
そこで、本発明は、燃料電池の出力が二次電池などの電力蓄積装置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ことを可能にする交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】
【００２２】
本発明の交流無停電電源システムは、交流側端子と直流側端子とを有し、交流電源から交流負荷にかけての通電路上に前記交流側端子が接続され、前記交流側端子に入力される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流側端子から出力する整流器動作、および前記直流側端子に入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記交流側端子から出力するインバータ動作を行う双方向電力変換装置と、前記双方向電力変換装置の前記直流側端子から出力される直流電圧によって充電され、前記交流電源の故障時に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、前記交流電源の故障を検知して起動し直流電圧を出力する燃料電池と、前記双方向電力変換装置の前記直流側端子に前記第１の電力蓄積装置と前記燃料電池とを接続し、少なくとも前記燃料電池の出力時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置とを電気的に遮断するスイッチ手段と、前記交流電源の故障を検知すると前記双方向電力変換装置の動作を前記整流器動作から前記インバータ動作へ切り替える動作切替手段と、を備えたことを特徴とする。
上記交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、前記双方向電力変換装置の前記直流側端子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。
【００２３】
また、本発明の交流無停電電源システムは、交流電源に入力部が接続され、入力部に入力される交流電圧を直流電圧に変換して出力部から出力する整流器と、前記整流器の出力部から出力される直流電圧によって充電され、前記交流電源の故障時に直流電圧を出力する第１の電力蓄積装置と、前記交流電源の故障を検知すると起動し直流電圧を出力する燃料電池と、入力部に入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力部から出力するインバータと、前記インバータの前記入力部に前記第１の電力蓄積装置と前記燃料電池とを接続し、少なくとも前記燃料電池の出力時に前記燃料電池と前記第１の電力蓄積装置とを電気的に遮断するスイッチ手段と、を備えたことを特徴とする。
上記交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、前記整流器の前記出力部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】
【００２４】
本発明によれば、交流無停電電源システムにスイッチ手段を設けて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ようにしたため、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】
【００２５】
《第１の実施の形態》
以下、本発明の第１の実施の形態における交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交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は本実施の形態の交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２および交流負荷３を除いた部分が交流無停電電源システム１である。
図１に示す交流無停電電源システム１は、商用電源などの交流電源２から交流負荷３への通電路上に配設される。図１に示す交流無停電電源システム１には、一方の端子（交流側端子）が交流電源２から交流負荷３への通電路上のノードＮ１に接続された双方向電力変換装置１１が備えられている。この双方向電力変換装置１１は交流側端子に入力された交流電圧を直流電圧に変換して他方の端子（直流側端子）から出力する整流器動作の機能と、直流側端子に入力された直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して交流側端子から出力するインバータ動作の機能とを有する。
【００２６】
交流無停電電源システム１には、双方向電力変換装置１１の直流側端子に端子１２ａが接続されたＤＣスイッチ（スイッチ手段）１２が備えられている。ＤＣスイッチ１２は、端子１２ａを端子１２ｂと端子１２ｃとの一方に接続する無瞬断に切り替えが行われるスイッチである。
【００２７】
交流無停電電源システム１には、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）１３と燃料電池１４と二次電池（第２の電力蓄積装置）１５とを備えている。二次電池１３はＤＣスイッチ１２の端子１２ｂに接続されている。燃料電池１４は水素ボンベを備え、その水素ボンベに充填された水素を燃料として直流電圧を発生するものである。燃料電池１４は、セルスタック１４ａとセルスタック１４ａの出力電圧（直流電圧）を所定の電圧値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）１４ｂとを備え、コンバータ１４ｂの出力はＤＣスイッチ１２の端子１２ｃに接続されている。燃料電池１４と並列に接続された二次電池１５の出力はダイオード１６のアノードに接続され、ダイオード１６のカソードはＤＣスイッチ１２の端子１２ｃに接続されている。図１の交流無停電電源システム１では、ＤＣスイッチ１２を設けることによって、燃料電池１４と二次電池１３とを電気的に遮断し、燃料電池１４の出力が二次電池１３に流れ込むことを防いで、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１３の回復充電に利用されることを防いでいる。また、燃料電池１４に二次電池１５を並列に接続することによって、燃料電池１４の負荷急変に対する応答性の悪さを二次電池１５によって補うようにしている。
【００２８】
交流無停電電源システム１には、双方向電力変換装置１１の直流側端子に一の端子が接続されたＤＣスイッチ１７が備えられており、ＤＣスイッチ１７の他方の端子にはダイオード１８のアノードが接続されている。ダイオード１８のカソードは二次電池１５に接続されている。ＤＣスイッチ１７を設けて燃料電池１４の出力確立時にＤＣスイッチ１７を開放することによって、また、ダイオード１６を設けることによって、燃料電池１４の出力が二次電池１５に流れ込むことを防ぎ、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１５の回復充電に利用されることを防いでいる。
【００２９】
交流無停電電源システム１は、交流電源２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１９を有しており、交流電源検出器１９は検出した交流電源２の出力電圧の電圧値を後述する制御器２２に信号線Ｓｉｇ１を介して出力する。
交流無停電電源システム１は、燃料電池１４のコンバータ１４ｂの出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ３を介して検出する燃料電池検出器２１を有しており、燃料電池検出器２１は検出した燃料電池１４の出力電圧の電圧値を後述する制御器２２に信号線Ｓｉｇ３を介して出力する。
【００３０】
交流無停電電源システム１は、双方向電力変換装置１１の整流器動作／インバータ動作の制御、燃料電池１４の起動／停止の制御、ＤＣスイッチ１７の開閉制御、ＤＣスイッチ１２の切り替え制御を行う制御器２２を有している。
制御器２２は、交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２の正常／故障（停電など）を判断する。
制御器２２は、交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２の停電などの故障（交流電源２の出力電圧の無電圧）を検知すると、燃料電池１４に信号線Ｓｉｇ５を介して運転信号を出力する。また、制御器２２は、双方向電力変換装置１１に信号線Ｓｉｇ４を介して整流器動作からインバータ動作への切り替え信号を出力する。これによって、燃料電池１４の運転が開始し、双方向電力変換装置１１の動作が整流器動作からインバータ動作に切り替わる。
【００３１】
制御器２２は、燃料電池１４に運転信号を出力した後に燃料電池検出器２１から入力される燃料電池１４の出力電圧の電圧値が４９．５（Ｖ）になった場合（燃料電池１４の出力が確立した場合）にＤＣスイッチ１２に信号線Ｓｉｇ６を介して端子１２ａに接続する端子を端子１２ｂから端子１２ｃに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ１７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１２では端子１２ａに端子１２ｃが接続され、ＤＣスイッチ１７が開放する（オフする）。
【００３２】
制御器２２は、交流電源２の故障と判断している時に、交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２が正常に戻った（交流電源２の出力電圧が無電圧でなくなった）ことを検知すると、燃料電池１４に信号線Ｓｉｇ５を介して停止信号を出力する。制御器２２はＤＣスイッチ１２に信号線Ｓｉｇ６を介して端子１２ａに接続する端子を端子１２ｃから端子１２ｂに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ１７に信号線Ｓｉｇ７を介して短絡信号を出力する。制御器２２は双方向電力変換装置１１に信号線Ｓｉｇ４を介してインバータ動作から整流器動作への切り替え信号を出力する。これにより、燃料電池１４は運転を停止する。ＤＣスイッチ１２では端子１２ａに端子１２ｂが接続され、ＤＣスイッチ１７が短絡する（オンする）。双方向電力変換装置１１の動作がインバータ動作から整流器動作に切り替わる。
【００３３】
次に、図１の交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の交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る。ただし、図２（ａ）は交流電源２の出力電圧、図２（ｂ）は双方向電力変換装置１１の交流側端子の電圧、図２（ｃ）は双方向電力変換装置１１の直流側端子の電圧、図２（ｄ）は交流負荷３への入力電圧（負荷電圧）である。また、図２では横軸が時間、縦軸が電圧値（Ｖ）である。
【００３４】
交流電源２が正常な時間Ｔ１において、双方向電力変換装置１１は整流器動作をしており、ＤＣスイッチ１２では端子１２ａと端子１２ｂとが接続されており、ＤＣスイッチ１７は短絡している。交流電源２の出力電圧（交流電圧）が交流負荷３に供給される（図２（ａ）、（ｄ））。これとともに、交流電源２の交流電圧が双方向電力変換装置１１の交流側端子に供給される（図２（ａ）、（ｂ））。交流側端子に供給された交流電圧が双方向電力変換装置１１によって直流電圧によって変換され、その直流側端子から直流電圧が出力される（図２（ｂ）、（ｃ））。この双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がＤＣスイッチ１２を介して二次電池１３に供給され、これによって二次電池１３がフロート充電される。また、双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がＤＣスイッチ１７とダイオード１８とを介して二次電池１５に供給され、これによって二次電池１５がフロート充電される。この時間Ｔ１において、交流電源検出器１９は交流電源２の出力電圧を検出しており、交流電源検出器１９の検出結果が制御器２２に出力され、制御器２２は交流電源２の停電などの故障を監視している。
【００３５】
時間Ｔ２において交流電源２に停電などの故障が発生し、制御器２２が交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の無電圧（交流電源２の故障）を検知すると、制御器２２は燃料電池１４に運転信号を出力する。これとともに、制御器２２は双方向電力変換装置１１に整流器動作からインバータ動作への切り替え信号を出力する。燃料電池１４は運転信号を受けて運転を開始する。双方向電力変換装置１１は、整流器動作からインバータ動作への切り替え信号を受けて、その動作を整流器動作からインバータ動作に切り替える。なお、交流電源２の故障を検出した後交流電源２の故障がなおったことを検知するまでの時間では、制御器２２は交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の故障がなおったかを監視する。
【００３６】
双方向電力変換装置１１の動作が整流器動作からインバータ動作に切り替わった後の時間Ｔ３では、二次電池１３が放電し、その放電電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ１２を介して双方向電力変換装置１１の直流側端子に供給される（図２（ｃ））。直流側端子に入力された直流電圧が双方向電力変換装置１１によって交流電圧に変換され、その交流側端子から交流電圧が出力される（図２（ｂ）、（ｃ））。双方向電力変換装置１１の交流側端子から出力される交流電圧が交流負荷３へ供給される（図２（ｂ）、（ｄ））。この時間Ｔ３において、燃料電池検出器２１は燃料電池１４のコンバータ１４ｂの出力電圧（直流電圧）の電圧値を検出しており、燃料電池検出器２１の検出結果が制御器２２に出力され、制御器２２は燃料電池１４のコンバータ１４ｂの出力電圧の電圧値が予め定められた値（以下、出力確立電圧値という。）に到達したか（燃料電池１４の出力が確立したか）を監視する。
【００３７】
時間Ｔ４において、制御器２２が燃料電池検出器２１から入力される燃料電池１４のコンバータ１４ｂの出力電圧の電圧値に基づいて燃料電池１４の出力が確立したことを検知する（燃料電池１４のコンバータ１４ｂの出力電圧の電圧値が出力確立電圧値に到達したことを検知する）と、制御器２２はＤＣスイッチ１２に端子１２ａに接続する端子を端子１２ｂから端子１２ｃに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ１７に開放信号を出力する。ＤＣスイッチ１２は、端子１２ａに接続する端子を端子１２ｂから端子１２ｃに切り替える切り替え信号を受けて端子１２ａに接続する端子を端子１２ｂから端子１２ｃに切り替える。また、ＤＣスイッチ１７は開放信号を受けて開放する（オフする）。
【００３８】
ＤＣスイッチ１２、１７が切り替えられた後の時間Ｔ５において、その最初の数秒間は燃料電池１４のコンバータ１４ｂからの出力電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ１２を介して双方向電力変換装置１１の直流側端子へ供給されるとともに、二次電池１５の放電電圧（直流電圧）がダイオード１６とＤＣスイッチ１２とを介して双方向電力変換装置１１の直流側端子へ供給される（図２（ｃ））。双方向電力変換装置１１の直流側端子に供給された直流電圧が双方向電力変換装置１１によって交流電圧に変換され、その交流側端子から交流電圧が出力される（図２（ｂ）、（ｃ））。双方向電力変換装置１１の交流側端子から出力される交流電圧が交流負荷３へ供給される（図２（ｂ）、（ｄ））。数秒経過した後、燃料電池１４のコンバータ１４ｂからの出力電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ１２を介して双方向電力変換装置１１の直流側端子へ供給される（図２（ｃ））。双方向電力変換装置１１の直流側端子に供給された直流電圧が双方向電力変換装置１１によって交流電圧に変換され、その交流側端子から交流電圧が出力される（図２（ｂ）、（ｃ））。双方向電力変換装置１１の交流側端子から出力される交流電圧が交流負荷３へ供給される（図２（ｂ）、（ｄ））。なお、二次電池１５は燃料電池１４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１２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。
【００３９】
時間Ｔ６において交流電源２が復電などして正常に戻り、制御器２２は交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の出力電圧が無電圧でなくなったこと（交流電源２の故障がなおったこと）を検知すると、制御器２２は燃料電池１４に停止信号を出力し、燃料電池１４は停止信号を受けて運転を停止する。制御器２２は、ＤＣスイッチ１２に端子１２ａに接続する端子を端子１２ｃから端子１２ｂに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ１７に短絡信号を出力する。ＤＣスイッチ１２は、端子１２ａに接続する端子を端子１２ｃから端子１２ｂに切り替える切り替え信号を受けて端子１２ａに接続する端子を端子１２ｃから端子１２ｂに切り替える。また、ＤＣスイッチ１７は短絡信号を受けて短絡する（オンする）。さらに、制御器２２は、双方向電力変換装置１１にインバータ動作から整流器動作への切り替え信号を出力し、双方向電力変換装置１１はインバータ動作から整流器動作への切り替え信号を受けて、その動作をインバータ動作から整流器動作に切り替える。
【００４０】
復電などした時間Ｔ６とそれ以降の時間Ｔ７では、交流電源２の交流電圧が交流負荷３に供給される（図２（ａ）、（ｄ））。また、復電などしたことが検知されてＤＣスイッチ１２、１７が切り替わり、双方向電力変換装置１１の動作が切り替わった後の時間Ｔ７では、交流電源２から双方向電力変換装置１１の交流側端子に供給される交流電圧が双方向電力変換装置１１によって直流電圧に変換され、その直流側端子から直流電圧が出力される（図２（ｂ）、（ｃ））。この双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がＤＣスイッチ１２を介して二次電池１３に供給され、これによって二次電池１３がフロート充電される。また、双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がＤＣスイッチ１７とダイオード１８とを介して二次電池１５に供給され、これによって二次電池１５がフロート充電される。
【００４１】
以上説明した第１の実施の形態の交流無停電電源システム１によれば、ＤＣスイッチ１２を設けることによって燃料電池１４と二次電池１３との間を電気的に遮断している。このため、燃料電池１４の出力が二次電池１３に流れ込むことがなく、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１３の回復充電に利用されることがない。また、ＤＣスイッチ１７を設けて燃料電池１４の出力確立時にＤＣスイッチ１７を開放することによって、また、ダイオード１６を設けることによって、燃料電池１４の出力が二次電池１５に流れ込むことを防ぎ、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１５の回復充電に利用されることを防いでいる。このように、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１３の回復充電に利用されることがなく、さらに、二次電池１５の回復充電に利用されることがないため、燃料電池１４の供給エネルギーを交流負荷３にのみ利用することが可能になって、燃料電池１４によるバックアップ時間を図６の従来の交流無停電電源システム１００に比べて長くすることができる。
また、燃料電池１４に並列に接続した二次電池１５を設けることによって、燃料電池１４の負荷急変による応答性の悪さを補うことが可能になる。
【００４２】
《第２の実施の形態》
以下、本発明の第２の実施の形態における交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交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は本実施の形態の交流無停電電源システムの構成を示すブロック図である。ただし、図３において、交流電源２および交流負荷３を除いた部分が交流無停電電源システム３である。なお、図１の交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の交流無停電電源システム３には、燃料電池１４のコンバータ１４ｂの出力電圧を検出する燃料電池検出器２１に対応する構成がない。
【００４３】
図３に示す交流無停電電源システム２は、図１の交流無停電電源システム１のＤＣスイッチ１２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の一の端子は双方向電力変換装置１１の直流側端子に接続され、他の端子は二次電池１３に接続されている。ダイオード３１ｂは、アノードが二次電池１３に接続され、カソードが双方向電力変換装置１１の直流側端子に接続されている。ダイオード３１ｃは、アノードが燃料電池１４とダイオード１６のカソードに接続され、カソードが双方向電力変換装置１１の直流側端子に接続されている。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１４の出力電圧が二次電池１３に供給される経路がないことが分かる。
【００４４】
また、図３に示す交流無停電電源システム２は、制御器２２の代わり、双方向電力変換装置１１の整流器動作／インバータ動作の制御、燃料電池１４の起動／停止の制御、ＤＣスイッチ１７の開閉制御、スイッチ部３１のスイッチ３１ａの開閉制御を行う制御器３２を有している。
制御器３２は、交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２の正常／故障（停電など）を判断する。
制御器３２は、交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２の停電などの故障（交流電源２の出力電圧の無電圧）を検知すると、燃料電池１４に信号線Ｓｉｇ５を介して運転信号を出力する。また、制御器３２は、双方向電力変換装置１１に信号線Ｓｉｇ４を介して整流器動作からインバータ動作への切り替え信号を出力する。また、ＤＣスイッチ１７に信号線Ｓｉｇ７を介して開放信号を出力し、スイッチ部３１に信号線Ｓｉｇ３１を介してスイッチ３１ａの開放信号を出力する。これによって、燃料電池１４の運転が開始し、双方向電力変換装置１１の動作が整流器動作からインバータ動作に切り替わる。また、ＤＣスイッチ１７が開放し（オフし）、スイッチ部３１のスイッチ３１ａが開放する（オフする）。
【００４５】
制御器３２は、交流電源２の故障と判断している時に、交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２が正常に戻った（交流電源２の出力電圧が無電圧でなくなった）ことを検知すると、燃料電池１４に信号線Ｓｉｇ５を介して停止信号を出力する。制御器３２はスイッチ部３１に信号線Ｓｉｇ３１を介してスイッチ３１ａの短絡信号を出力し、ＤＣスイッチ１７に信号線Ｓｉｇ７を介して短絡信号を出力する。制御器３２は、双方向電力変換装置１１に信号線Ｓｉｇ４を介してインバータ動作から整流器動作への切り替え信号を出力する。これにより、燃料電池１４は運転を停止する。スイッチ部３１のスイッチ３１ａは短絡し（オンし）、ＤＣスイッチ１７が短絡する（オンする）。双方向電力変換装置１１の動作がインバータ動作から整流器動作に切り替わる。
【００４６】
次に、図３の交流無停電電源システム３の動作について説明する。
交流電源２が正常な時間において、双方向電力変換装置１１は整流器動作をしており、スイッチ部３１のスイッチ３１ａは短絡しており、ＤＣスイッチ１７は短絡している。交流電源２の出力電圧（交流電圧）が交流負荷３に供給される。これとともに、交流電源２の交流電圧が双方向電力変換装置１１の交流側端子に供給される。交流側端子に供給された交流電圧が双方向電力変換装置１１によって直流電圧によって変換され、その直流側端子から直流電圧が出力される。この双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がスイッチ部３１のスイッチ３１ａを介して二次電池１３に供給され、これによって二次電池１３がフロート充電される。また、双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がＤＣスイッチ１７とダイオード１８とを介して二次電池１５に供給され、これによって二次電池１５がフロート充電される。この時間において、交流電源検出器１９は交流電源２の出力電圧を検出しており、交流電源検出器１９の検出結果が制御器３２に出力され、制御器３２は交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の停電などの故障を監視している。
【００４７】
交流電源２に停電などの故障が発生し、制御器３２は交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の無電圧（交流電源２の故障）を検知すると、制御器３２は燃料電池１４に運転信号を出力する。制御器３２は双方向電力変換装置１１に整流器動作からインバータ動作への切り替え信号を出力する。また、制御器３２はＤＣスイッチ１７に開放信号を出力し、スイッチ部３１にスイッチ３１ａの開放信号を出力する。これによって、燃料電池１４は運転を開始し、双方向電力変換装置１１は、その動作が整流器動作からインバータ動作に切り替わる。また、ＤＣスイッチ１７が開放し（オフし）、スイッチ部３１のスイッチ３１ａが開放する（オフする）。なお、交流電源２の故障を検出した後交流電源２の故障がなおったことを検知するまでの時間では、制御器３２は交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の故障がなおったかを監視する。
【００４８】
双方向電力変換装置１１の動作が整流器動作からインバータ動作に切り替わった後の時間では、二次電池１３が放電し、その放電電圧（直流電圧）がスイッチ部３１のダイオード３１ｂを介して双方向電力変換装置１１の直流側端子に供給され、二次電池１５が放電し、その放電電圧（直流電圧）がダイオード１６およびスイッチ部３１のダイオード３１ｃを介して双方向電力変換装置１１の直流側端子に供給される。直流側端子に入力された直流電圧が双方向電力変換装置１１によって交流電圧に変換され、その交流側端子から交流電圧が出力される。双方向電力変換装置１１の交流側端子から出力される交流電圧が交流負荷３へ供給される。
【００４９】
燃料電池１４が運転を開始して燃料電池１４の出力が確立した後の時間では、燃料電池１４のコンバータ１４ｂ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を介して双方向電力変換装置１１の直流側端子へ供給される。双方向電力変換装置１１の直流側端子に供給された直流電圧が双方向電力変換装置１１によって交流電圧に変換され、その交流側端子から交流電圧が出力される。双方向電力変換装置１１の交流側端子から出力される交流電圧が交流負荷３へ供給される。
【００５０】
その後、交流電源２が復電などして正常に戻り、制御器３２が交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の出力電圧が無電圧でなくなったこと（交流電源２の故障がなおったこと）を検知すると、制御器３２は燃料電池１４に停止信号を出力し、燃料電池１４は停止信号を受けて運転を停止する。制御器３２は、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１７に短絡信号を出力する。スイッチ部３１はスイッチ３１ａの短絡信号を受けてスイッチ３１ａを短絡する（オンする）。また、ＤＣスイッチ１７は短絡信号を受けて短絡する（オンする）。さらに、制御器３２は、双方向電力変換装置１１にインバータ動作から整流器動作への切り替え信号を出力し、双方向電力変換装置１１はインバータ動作から整流器動作への切り替え信号を受けて、その動作をインバータ動作から整流器動作に切り替える。
交流電源２が復電などして正常に戻ると、交流電源２の交流電圧が交流負荷３に供給される。また、復電などしたことが検知されてスイッチ部３１のスイッチ３１ａ、ＤＣスイッチ１７が切り替わり、双方向電力変換装置１１の動作が切り替わった後の時間では、交流電源２から双方向電力変換装置１１の交流側端子に供給される交流電圧が双方向電力変換装置１１によって直流電圧に変換され、その直流側端子から直流電圧が出力される。この双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がスイッチ部３１のスイッチ３１ａを介して二次電池１３に供給され、これによって二次電池１３がフロート充電される。また、双方向電力変換装置１１の直流側端子から出力される直流電圧がＤＣスイッチ１７とダイオード１８とを介して二次電池１５に供給され、これによって二次電池１５がフロート充電される。
【００５１】
以上説明した第２の実施の形態の交流無停電電源システム２によれば、スイッチ部３１のスイッチ３１ａを設け、燃料電池１４の運転時にスイッチ３１ａを開放することによって、燃料電池１４の運転時に燃料電池１４の出力電圧が二次電池１３に供給される経路をなくしている。このため、燃料電池１４の出力が二次電池１３に流れ込むことがなく、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１３の回復充電に利用されることがない。また、ＤＣスイッチ１７を設けて燃料電池１４の運転時にＤＣスイッチ１７を開放することによって、また、ダイオード１６を設けることによって、燃料電池１４の出力が二次電池１５に流れ込むことを防ぎ、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１５の回復充電に利用されることを防いでいる。このように、燃料電池１４の供給エネルギーが二次電池１３の回復充電に利用されることがなく、さらに、二次電池１５の回復充電に利用されることがないため、燃料電池１４の供給エネルギーを交流負荷３にのみ利用することが可能になって、燃料電池１４によるバックアップ時間を図６の従来の交流無停電電源システム１００に比べて長くすることができる。
【００５２】
《第３の実施の形態》
以下、本発明の第３の実施の形態における交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交流無停電電源システムの構成について図４を参照しつつ説明する。図４は本実施の形態の交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４において、交流電源２および交流負荷３を除いた部分が交流無停電電源システム５である。図４に示す交流無停電電源システム５は、商用電源などの交流電源２から交流負荷３への通電路上に配設される。
【００５３】
交流無停電電源システム５は、交流電源２に入力部が接続され、入力部に入力される交流電源２の出力電圧（交流電圧）を直流電圧に変換して出力部から出力する整流器５１が備えられているとともに、整流器５１の出力部に入力部が接続されたインバータ５２が備えられている。インバータ５２は、入力部に入力される直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力部から出力する。
【００５４】
交流無停電電源システム５には、交流電源２の出力に端子５３ａが接続され、インバータ５２の出力部に端子５３ｂが接続され、端子５３ｃに交流負荷３が接続されている無瞬断の切り替えを行うＡＣスイッチ５３が備えられている。このＡＣスイッチ５３の端子５３ｃに端子５３ａが接続されているとき、交流負荷３には交流電源２の出力電圧が供給される。また、このＡＣスイッチ５３の端子５３ｃに端子５３ｂが接続されているとき、交流負荷３にはインバータ５２によって変換され出力される交流電圧が供給される。
【００５５】
交流無停電電源システム１には、整流器５１とインバータ５２との間の通電路上のノードＮ５に端子５４ａが接続されたＤＣスイッチ（スイッチ手段）５４が備えられている。ＤＣスイッチ５４は、端子５４ａを端子５４ｂと端子５４ｃとの一方に接続する無瞬断に切り替えが行われるスイッチである。
【００５６】
交流無停電電源システム５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）５５と燃料電池５６と二次電池（第２の電力蓄積装置）５７とを備えている。二次電池５５はＤＣスイッチ５４の端子５４ｂに接続されている。燃料電池５６は水素ボンベを備え、その水素ボンベに充填された水素を燃料として直流電圧を発生するものである。燃料電池５６は、セルスタック５６ａとセルスタック５６ａの出力電圧（直流電圧）を所定の電圧値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）５６ｂとを備え、コンバータ５６ｂの出力はＤＣスイッチ５４の端子５４ｃに接続されている。燃料電池５６と並列に接続された二次電池５７の出力はダイオード５８のアノードに接続され、ダイオード５８のカソードはＤＣスイッチ５４の端子５４ｃに接続されている。図４の交流無停電電源システム５では、ＤＣスイッチ５４を設けることによって、燃料電池５６と二次電池５５とを電気的に遮断し、燃料電池５６の出力が二次電池５５に流れ込むことを防いで、燃料電池５６の供給エネルギーが二次電池５５の回復充電に利用されることを防いでいる。また、燃料電池５６に二次電池５７を並列に接続することによって、燃料電池５６の負荷急変に対する応答性の悪さを二次電池５７によって補うようにしている。
【００５７】
交流無停電電源システム５には、整流器５１からインバータ５２への通電路上のノードＮ５に一の端子が接続されたＤＣスイッチ５９が備えられており、ＤＣスイッチ５９の他方の端子にはダイオード６０のアノードが接続されている。ダイオード６０のカソードは二次電池５７に接続されている。ＤＣスイッチ５９を設けて燃料電池５６の出力確立時にＤＣスイッチ５９を開放することによって、また、ダイオード５８を設けることによって、燃料電池５６の出力が二次電池５７に流れ込むことを防ぎ、燃料電池５６の供給エネルギーが二次電池５７の回復充電に利用されることを防いでいる。
【００５８】
交流無停電電源システム５は、交流電源２の出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ５１を介して検出する交流電源検出器６１を有しており、交流電源検出器６１は検出した交流電源２の出力電圧の電圧値を後述する制御器６３に信号線Ｓｉｇ５１を介して出力する。
交流無停電電源システム５は、燃料電池５６のコンバータ５６ｂの出力電圧を電圧検出線Ｌｉｎｅ５２を介して検出する燃料電池検出器６２を有しており、燃料電池検出器６２は検出した燃料電池５６の出力電圧の電圧値を後述する制御器６３に信号線Ｓｉｇ５２を介して出力する。
【００５９】
交流無停電電源システム５は、ＡＣスイッチ５３の切り替え制御、燃料電池５６の起動／停止の制御、ＤＣスイッチ５９の開閉制御、ＤＣスイッチ５４の切り替え制御を行う制御器６３を有している。
制御器６３は、交流電源検出器６１から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２の正常／故障（停電など）を判断する。
制御器６３は、交流電源検出器６１から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２の停電などの故障（交流電源２の出力電圧の無電圧）を検知すると、燃料電池５６に信号線Ｓｉｇ５３を介して運転信号を出力する。また、制御器６３は、ＡＣスイッチ５３に信号線Ｓｉｇ５４を介して端子５３ｃに接続する端子を端子５３ａから端子５３ｂに切り替える切り替え信号を出力する。これによって、燃料電池５６の運転が開始し、ＡＣスイッチ５３では端子５３ｃに端子５３ｂが接続される。
【００６０】
制御器６３は、燃料電池５６に運転信号を出力した後に燃料電池検出器６２から入力される燃料電池５６の出力電圧の電圧値が４９．５（Ｖ）になった場合（燃料電池５６の出力が確立した場合）にＤＣスイッチ５４に信号線Ｓｉｇ５６を介して端子５４ａに接続する端子を端子５４ｂから端子５４ｃに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ５９に信号線Ｓｉｇ５５を介して開放信号を出力する。これにより、ＤＣスイッチ５４では端子５４ａに端子５４ｃが接続され、ＤＣスイッチ５９が開放する（オフする）。
【００６１】
制御器６３は、交流電源２の故障と判断している時に、交流電源検出器６１から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値により交流電源２が正常に戻った（交流電源２の出力電圧が無電圧でなくなった）ことを検知すると、制御器６３はＡＣスイッチ５３に信号線Ｓｉｇ５４を介して端子５３ｃに接続する端子を端子５３ｂから端子５３ａに切り替える切り替え信号を出力する。制御器６３は燃料電池５６に信号線Ｓｉｇ５３を介して停止信号を出力する。制御器６３はＤＣスイッチ５４に信号線Ｓｉｇ５６を介して端子５４ａに接続する端子を端子５４ｃから端子５４ｂに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ５９に信号線Ｓｉｇ５５を介して短絡信号を出力する。これにより、ＡＣスイッチ５３では端子５３ｃに端子５３ａが接続される。燃料電池５６は運転を停止する。ＤＣスイッチ５４では端子５４ａに端子５４ｂが接続され、ＤＣスイッチ５９が短絡する（オンする）。
【００６２】
次に、図４の交流無停電電源システム５の動作について図５を参照しつつ説明する。図５は図４の交流無停電電源システム５の動作を説明するための波形図である。ただし、図５（ａ）は交流電源２の出力電圧、図５（ｂ）はノードＮ５の直流電圧、図５（ｃ）は交流負荷３への入力電圧（負荷電圧）である。また、図５では横軸が時間、縦軸が電圧値（Ｖ）である。
【００６３】
交流電源２が正常な時間Ｔ５１において、ＡＣスイッチ５３では端子５３ａと端子５３ｃとが接続されており、ＤＣスイッチ５４では端子５４ａと端子５４ｂとが接続されており、ＤＣスイッチ５９は短絡している。交流電源２の出力電圧（交流電圧）がＡＣスイッチ５３を介して交流負荷３に供給される（図５（ａ）、（ｃ））。これとともに、交流電源２の交流電圧が整流器５１の入力部に供給され、整流器５１によって直流電圧に変換され、その出力部から直流電圧が出力される。この整流器５１の出力部から出力される直流電圧がＤＣスイッチ５４を介して二次電池５５に供給され、これによって二次電池５５がフロート充電される（図５（ａ）、（ｂ））。また、整流器５１の出力部から出力される直流電圧がＤＣスイッチ５９とダイオード６０とを介して二次電池５７に供給され、これによって二次電池５７がフロート充電される。この時間Ｔ５１において、交流電源検出器６１は交流電源２の出力電圧を検出しており、交流電源検出器６１の検出結果が制御器６３に出力され、制御器６３は交流電源検出器６１から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の停電などの故障を監視している。
【００６４】
時間Ｔ５２において交流電源２に停電などの故障が発生し、制御器６３が交流電源検出器６１から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の無電圧（交流電源２の故障）を検知すると、制御器６３は燃料電池５６に運転信号を出力し、燃料電池５６は運転信号を受けて起動して運転を開始する。これとともに、制御器６３はＡＣスイッチ５３にその端子５３ｃに接続する端子を端子５３ａから端子５３ｂへ切り替える切り替え信号を出力し、ＡＣスイッチ５３はこの切り替え信号を受けて端子５３ｃに接続する端子を端子５３ａから端子５３ｂに切り替える。なお、交流電源２の故障を検出した後交流電源２の故障がなおったことを検知するまでの時間では、制御器６３は交流電源検出器６１から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の故障がなおったかを監視する。
【００６５】
ＡＣスイッチ５３の切り替えが行われた後の時間Ｔ５３では、二次電池５５が放電し、その放電電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ５４を介してインバータ５２の入力部に供給される（図５（ｂ））。インバータ５２の入力部に供給された直流電圧がインバータ５２によって交流電圧に変換され、その出力部から交流電圧が出力される。このインバータ５２の出力部から出力される交流電圧がＡＣスイッチ５３を介して交流負荷３に供給される（図５（ｃ））。この時間Ｔ５３において、燃料電池検出器６２は燃料電池５６のコンバータ５６ｂの出力電圧（直流電圧）の電圧値を検出しており、燃料電池検出器６２の検出結果が制御器６３に出力され、制御器６３は燃料電池５６のコンバータ５６ｂの出力電圧の電圧値が予め定められた値（以下、出力確立電圧値という。）に到達したか（燃料電池５６の出力が確立したか）を監視する。
【００６６】
時間Ｔ５４において、制御器６３が燃料電池検出器６２から入力される燃料電池５６のコンバータ５６ｂの出力電圧の電圧値に基づいて燃料電池５６の出力が確立したことを検知する（燃料電池５６のコンバータ５６ｂの出力電圧の電圧値が出力確立電圧値に到達したことを検知する）と、制御器６３がＤＣスイッチ５４にその端子５４ａに接続する端子を端子５４ｂから端子５４ｃに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ５９に開放信号を出力する。ＤＣスイッチ５４は切り替え信号を受けてその端子５４ａに接続する端子を端子５４ｂから端子５４ｃに切り替えるとともに、ＤＣスイッチ５９は切り替え信号を受けて開放する（オフする）。
【００６７】
ＤＣスイッチ５４、５９が切り替えられた後の時間Ｔ５５において、その最初の数秒間は燃料電池５６のコンバータ５６ｂからの出力電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ５４を介してインバータ５２の入力部へ供給されるとともに、二次電池５７の放電電圧（直流電圧）がダイオード５８とＤＣスイッチ５４とを介してインバータ５２の入力部へ供給される（図５（ｂ））。インバータ５２の入力部に供給された直流電圧がインバータ５２によって交流電圧に変換され、その出力部から交流電圧が出力される。インバータ５２の出力部から出力される交流電圧がＡＣスイッチ５３を介して交流負荷３へ供給される（図５（ｃ））。数秒経過した後、燃料電池５６のコンバータ５６ｂからの出力電圧（直流電圧）がＤＣスイッチ５４を介してインバータ５４の入力部へ供給される（図５（ｂ））。インバータ５２の入力部に供給された直流電圧がインバータ５２によって交流電圧に変換され、その出力部から交流電圧が出力される。インバータ５２の出力部から出力される交流電圧がＡＣスイッチ５３を介して交流負荷３へ供給される（図５（ｃ））。なお、二次電池５７は燃料電池５６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５４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。
【００６８】
時間Ｔ５６において交流電源２が復電などして正常に戻り、制御器６３が交流電源検出器１９から入力される交流電源２の出力電圧の電圧値に基づいて交流電源２の出力電圧が無電圧でなくなったこと（交流電源２の故障がなおったこと）を検知すると、制御器６３はＡＣスイッチ５３にその端子５３ｃに接続する端子を端子５３ｂから端子５３ａに切り替える切り替え信号を出力し、ＡＣスイッチ５３はこの切り替え信号を受けて端子５３ｃに接続する端子を端子５３ｂから端子５３ａに切り替える。制御器６３は燃料電池５６に停止信号を出力し、燃料電池５６はこの停止信号を受けて運転を停止する。制御器６３はＤＣスイッチ５４にその端子５４ａに接続する端子を端子５４ｃから端子５４ｂに切り替える切り替え信号を出力し、ＤＣスイッチ５９に短絡信号を出力する。ＤＣスイッチ５４はこの切り替え信号を受けて端子５４ａに接続する端子を端子５４ｃから端子５４ｂに切り替え、ＤＣスイッチ５９はこの切り替え信号を受けて短絡する（オンする）。
【００６９】
ＡＣスイッチ５３が切替えられた後の時間Ｔ５７では、交流電源２の交流電圧がＡＣスイッチ５３を介して交流負荷３に供給される（図５（ａ）、（ｃ））。また、復電などしたことが検知されてＤＣスイッチ５４、５９が切り替わった後、交流電源２から整流器５１の入力部に供給される交流電圧が整流器５１によって直流電圧に変換され、その出力部から直流電圧が出力される。この整流器５１の出力部から出力される直流電圧がＤＣスイッチ５４を介して二次電池５５に供給され、これによって二次電池５５がフロート充電される。また、整流器５１の出力部から出力される直流電圧がＤＣスイッチ５９とダイオード６０とを介して二次電池５７に供給され、これによって二次電池５７がフロート充電される。
【００７０】
以上説明した第３の実施の形態の交流無停電電源システム５によれば、ＤＣスイッチ５４を設けることによって燃料電池５６と二次電池５５との間を電気的に遮断している。このため、燃料電池５６の出力が二次電池５５に流れ込むことがなく、燃料電池５６の供給エネルギーが二次電池５５の回復充電に利用されることがない。また、ＤＣスイッチ５９を設けて燃料電池５６の出力確立時にＤＣスイッチ５９を開放することによって、また、ダイオード５８を設けることによって、燃料電池５６の出力が二次電池５７に流れ込むことを防ぎ、燃料電池５６の供給エネルギーが二次電池５７の回復充電に利用されることを防いでいる。このように、燃料電池５６の供給エネルギーが二次電池５５の回復充電に利用されることがなく、さらに、二次電池５７の回復充電に利用されることがないため、燃料電池５６の供給エネルギーを交流負荷３にのみ利用することが可能になって、燃料電池５６によるバックアップ時間を図８の従来の交流無停電電源システム２００に比べて長くすることができる。
また、燃料電池５６に並列に接続した二次電池５７を設けることによって、燃料電池５６の負荷急変による応答性の悪さを補うことが可能になる。
【００７１】
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。
例えば、二次電池１５、５７は数秒間バックアップ用の電源として利用できれば良いので、二次電池１５、５７の代わりに電気二重層コンデンサを用いるようにしてもよい。
また、図４の交流無停電電源システム５のＤＣスイッチ５４を図３に示したスイッチ部３１と同様の構成を持つスイッチ部に置き換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の実施の形態の交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の交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】第２の実施の形態の交流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図４】第３の実施の形態の交流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図５】図４の交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６】従来の交流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図７】図６の従来の交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８】従来の交流無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図９】図８の従来の交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】
【００７３】
１  交流無停電電源システム
２  交流電源
３  交流負荷
１１  双方向電力変換装置
１２、１７  ＤＣスイッチ
１３、１５  二次電池
１４  燃料電池
１４ａ  セルスタック
１４ｂ  コンバータ
１６、１８  ダイオード
１９  交流電源検出器
２１  燃料電池検出器
２２  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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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