(57)【要約】【課題】燃料電池と他の蓄電手段を用いた無停電電源装置において、連続して停電が発生した場合や、負荷が急激に変動した場合においても安定して電力供給できるシステムを提供すること。【解決手段】商用電源受電時において、商用電源からの交流電力を接続された負荷機器に供給するとともに、交流電力を整流手段を介してコンデンサ等の蓄電手段に蓄える機能を有した無停電電源装置において、商用電源停電時において、蓄電手段からの直流出力を交流電力に変換して負荷機器に供給するとともに、燃料電池を備え、蓄電手段から負荷機器への供給電力が所定値になったことを検知して燃料電池から負荷機器に電力を供給する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源受電時において、商用電源からの交流電力を接続された負荷機器に供給するとともに、前記交流電力を整流手段を介して蓄電手段に蓄える機能を有した無停電電源装置であって、前記商用電源停電時において、前記蓄電手段からの直流出力を交流電力に変換して前記負荷機器に供給するとともに、燃料電池を備え、前記蓄電手段から前記負荷機器への供給電力が所定値になったことを検知して前記燃料電池から前記負荷機器に電力を供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記蓄電手段からの前記供給電力をモニターして前記蓄電手段から前記負荷機器への電力供給可能時間を予測し、前記電力供給可能時間が少なくとも前記燃料電池の起動に要する起動時間以前に前記燃料電池を起動することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記燃料電池の出力の一部を前記蓄電手段に蓄えることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記負荷機器への供給出力が所定出力以上の場合にこの供給出力と所定出力の差分を前記蓄電手段から供給することを特徴とする請求項１、２もしくは３に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記蓄電手段の蓄電状態（ＳＯＣ）を検知する手段を備え、前記ＳＯＣが所定範囲内となるように制御することを特徴とする請求項１、２、３もしくは４に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記蓄電手段としてコンデンサを用いることを特徴とする請求項１、２、３、４もしくは５に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ用バックアップ電源や非常灯設備用の電源として無停電電源装置が広く用いられている。無停電電源装置は主として二次電池に停電時の電力供給を依存している。したがって、停電時に負荷機器が必要とする供給電力に応じて二次電池を選択する必要がある。特に負荷機器の供給電力を必要とする場合、二次電池も大型で大容量のものを用いる必要があり、無停電電源装置全体が大形化・重量化し極めて高価なものとなってしまう。また、二次電池には自己放電を補うためのトリクル充電を行う必要があり、大容量の二次電池ではトリクル充電に必要な電力も大きく、装置のランニングコストも高いものとなってしまう。
【０００３】
このようなシステムの大形化・重量化を抑制するために、二次電池にかえて燃料電池を用いることが示されている。無停電電源装置では商用電源の停電を検知してすみやかに二次電池等からの蓄電手段からの出力を負荷に供給する必要があるが、燃料電池では起動に時間を要するために停電開始から無停電電源装置の電力供給開始まで時間がかかり、無停電電源装置には不適切であった。
【０００４】
このような不具合を解決するために、例えば特許文献１には燃料電池と電気二重層コンデンサや二次電池といった他の蓄電手段を組み合わせ、停電開始から燃料電池の起動開始までの時間、この蓄電手段から負荷へ電力供給することが示されている。
【０００５】
この特許文献１に示された無停電電源装置では停電開始とともに蓄電手段から負荷へ電力供給し、この間に燃料電池の起動操作を行う。停電時間が蓄電手段からの放電時間以内の場合には燃料電池の起動を行う必要がないので、蓄電手段の放電時間が所定時間に到達してもなお、商用電源が復帰してない場合には燃料電池の起動操作が行われる。
【０００６】
このようなシステムでは燃料電池が起動した時点において蓄電手段には殆ど電力が蓄積されていない。商用電源が復帰した時点で再び蓄電手段が商用電力を用いて充電される。ところが商用電源が復帰直後に再度停電となった場合には蓄電手段には燃料電池の起動に要する時間、負荷に供給するに必要な電力を蓄積していないので、連続して負荷に電力供給できないという課題がある。
【０００７】
また、燃料電池は一定の電力を定常的に供給するには極めて優れた電源であるが、負荷変動の追従性に劣るため、燃料電池によるバックアップ放電中に負荷が急激に増大した場合、燃料電池が停止してしまい、バックアップ放電が中断する場合があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３４１８７９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような燃料電池と他の蓄電手段を用いた無停電電源装置において、連続して停電が発生した場合や、負荷が急激に変動した場合においても安定して電力供給できるシステムを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、商用電源受電時において、商用電源からの交流電力を接続された負荷機器に供給するとともに、交流電力を整流手段を介して蓄電手段に蓄える機能を有した無停電電源装置であって、商用電源停電時において、蓄電手段からの直流出力を交流電力に変換して負荷機器に供給するとともに、燃料電池を備え、蓄電手段から負荷機器への供給電力が所定値になったことを検知して燃料電池から負荷機器に電力を供給することを特徴とする無停電電源装置を示すものである。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の無停電電源装置において、蓄電手段からの負荷機器への供給電力をモニターして蓄電手段から負荷機器への電力供給可能時間を予測し、電力供給可能時間が少なくとも燃料電池の起動に要する起動時間以前に燃料電池を起動することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２の無停電電源装置において、燃料電池の出力の一部を蓄電手段に蓄えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１、２もしくは３の無停電電源装置において、負荷機器への供給出力が所定出力以上の場合にこの供給出力と所定出力の差分を蓄電手段から負荷機器へ供給することを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１、２、３もしくは４の無停電電源装置において、蓄電手段の蓄電状態（ＳＯＣ）を検知する手段を備え、このＳＯＣが所定範囲内となるように制御することを特徴とするものである。
【００１５】
そして、本発明の請求項６に係る発明は、請求項１、２、３、４もしくは５の無停電電源装置において、蓄電手段としてコンデンサを用いることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による無停電電源装置の構成を図１に示す。商用電源受電時は商用電源１からの交流電力は直送回路７を経て負荷機器２の供給される。一方、商用電源１からの交流電力を整流手段４で直流に変換し、充電制御手段８を介して蓄電手段１０に入力することによって蓄電手段１０を充電する。
【００１７】
次に商用電源１が停止した状態での本発明の無停電電源装置の動作を説明する。商用電源１が停止したことを検知し、切替手段３を切替えることによって蓄電手段１０からの直流出力を必要に応じてコンバータ１６で電圧変換後、インバータ５により交流電力に変換し、負荷機器２にこの交流電力を供給する。
【００１８】
蓄電手段１０の放電負荷は負荷検出手段１４によって検出する。例えば電流センサー１７を用いて負荷を検出することができる。蓄電手段１０の放電負荷に基いて蓄電手段１０の放電持続時間を放電時間予測手段１３より予測する。この予測は例えば放電時間予測手段１３に放電負荷別の放電時間テーブルを記憶しておき、測定された放電負荷と放電時間テーブルを参照することによって達成することができる。また、放電時間テーブルに環境温度特性を持たせることが予測精度を向上させる上で好ましいことはいうまでもない。
【００１９】
また、この放電時間の予測をさらに精度よく実行するために、蓄電手段の充電状態（ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｃｈａｒｇｅ、以下、ＳＯＣという。）をＳＯＣ検知手段９によって検知するとともに、放電時間予測手段１３に記憶された放電時間テーブルとしてＳＯＣ別のテーブルを用いることが好ましい。このＳＯＣ検知手段９におけるＳＯＣ検知はさまざまな方法によって達成できるが、例えばＳＯＣ検知手段９に包含された電流センサー（図示せず）によって蓄電手段１０への充放電電流を検知し、これを時間積算することによって得ることができる。
【００２０】
放電時間予測手段１３によって予測された蓄電手段１０の放電時間Ｔは燃料電池１１の起動に要する時間ｔ（以下、起動所要時間という。）と比較し、その結果によって燃料電池１１を起動する。具体的には余裕時間Δｔ（Δｔ＞０）を考慮し、Ｔ＝ｔ＋Δｔとなった時点で燃料電池制御手段１２は燃料電池１１を起動させる。なお、燃料電池制御手段１２は蓄電手段１０からの電力供給により動作するので、前記した放電時間予測手段１３はこの起動に要する電力を加味して放電時間を予測する。
【００２１】
この時点で燃料電池１１からの直流出力がインバータ５を介して交流電力に変換され、負荷機器に供給される。ここで燃料電池１１の直流出力の一部を充電制御手段８を介して蓄電手段１０に入力し、蓄電手段１０のＳＯＣを上昇制御する。
【００２２】
商用電源１が復帰した時点で燃料電池制御手段１２により燃料電池１１の運転を停止する。本発明ではこの時点で蓄電手段１０のＳＯＣが十分に高く維持されている。したがって、商用電源１が復帰し、燃料電池１１が停止した直後に再び商用電源１が停電しても燃料電池１１の再起動を行うことができる。従来の商用電源１によってのみ蓄電手段１０を充電する構成では商用電源復帰直後に再停電が起こった場合、蓄電池手段１０には燃料電池１１の再起動を行うことができなかったが、本発明の構成では安定して燃料電池１１の再起動を行うことによって安定した電力供給を可能とする。
【００２３】
更に本発明の好ましい構成としては燃料電池１１と蓄電手段１０とを連係動作させるものである。燃料電池１１の負荷電流は電流センサー１８によりモニターされ、燃料電池１１の出力が安定出力を得られる特定出力をこえたことを検知した場合、コンバータ制御手段１５によりコンバータ１６の出力電圧を上昇制御し、負荷機器２への供給電力を燃料電池１１と蓄電手段１０からの電力でまかなう。
【００２４】
このような構成によれば急激に負荷機器１１の負荷が増大しても蓄電手段１０からの供給電力で不足電力を補償することができる。燃料電池では急激に負荷が増大して、特定出力を超えた場合に反応停止する場合があるが、本発明では、燃料電池１１を安定して動作させ、電力を安定供給させることができる。また、蓄電手段１０からの放電が行われている間、充電制御手段８により、燃料電池１１から蓄電手段１０への電力供給を停止させることにより、システムの効率を向上させることができる。
【００２５】
反対に燃料電池１１の出力に余剰がある場合には蓄電手段１０に余剰電力を蓄電すれば、システムの効率をさらに向上させることができる。このような余剰電力の蓄電を効率的に行うために、蓄電手段１０のＳＯＣを余剰電力を受け入れ可能な領域に制御することが好ましい。
【００２６】
また、蓄電手段１０としてアルカリ蓄電池、鉛蓄電池およびリチウム２次電池といった従来から知られた二次電池を用いることができるが、さらに好ましくはこの蓄電手段１０として、高容量のキャパシタを使用充電制御手段が簡便となる他、充放電効率も二次電池に比較して高効率であるので、システムの効率をさらに向上できる。さらに燃料電池１１に供給する燃料を収納するタンク（図示せず）を外付けとし、容量を増加させれば長時間運転も可能となる利点もある。
【００２７】
さらに本発明の実施形態として交流電力を出力する形態について説明したが、直流出力を得る形態においても本発明の構成を適用できることは言うまでもない。この場合には図１のインバータ５を除き、商用電力を整流手段４を介して直流出力とした後に直送回路７と切替手段３を介して負荷機器２に直流電力を供給する構成とすればよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば燃料電池と他の蓄電手段を用いた無停電電源装置において、連続して停電が発生した場合や、負荷が急激に変動した場合においても効率よく安定して電力供給できるシステムを提供できることから、工業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による無停電電源装置の構成を示す図
【符号の説明】
１　　　商用電源
２　　　負荷機器
３　　　切替手段
４　　　整流手段
５　　　インバータ
７　　　直送回路
８　　　充電制御手段
９　　　ＳＯＣ検知手段
１０　　蓄電手段
１１　　燃料電池
１２　　燃料電池制御手段
１３　　放電時間予測手段
１４　　負荷検出手段
１５　　コンバータ制御手段
１６　　コンバータ
１７　　電流センサー
１８　　電流センサー
【図１】
2004129337.tif 000003