(57)【要約】【課題】  小形化できると共に、長寿命化により保守コストが低減でき、しかも環境負荷の小さい蓄電装置を提供する。【解決手段】  入力端子（１３）に供給される交流電力が、停止又は電圧が整定値、例えば１０％以上低下して第１電力変換器（１１）が、出力を停止した場合には、第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電圧を、第２電力変換器（１２）で所定電圧に変換して出力する。また、第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電流よりも大きい電流が要求される場合には、第２コンデンサ（Ｃ２）から電流を出力する。大電流を必要とする負荷に対して第２コンデンサ（Ｃ２）から電流供給するようにしているので、第１、及び第２電力変換器（１１）（１２）は大容量のものでなくてもよく、装置の小形化が可能である。重金属を使用しないため、環境負荷が小さく環境保全上も有利である。さらに、コンデンサの寿命が１０年〜１５年とバッテリよりも長いため、保守コストが低減できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される直流電力で充電される第１コンデンサ（Ｃ１）と、上記直流電力が低下又は停止した場合に上記第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電圧を所定電圧に変換して出力する電力変換器（１２）と、上記第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電流よりも大きい電流を出力できる第２コンデンサ（Ｃ２）と、上記第１、第２コンデンサ（Ｃ１）（Ｃ２）の端子間に設けられ上記第２コンデンサ（Ｃ２）から上記第１コンデンサ（Ｃ１）に電流が流れるのを阻止する電流阻止手段（Ｄ１）とを具備することを特徴とする蓄電装置
【請求項２】
上記第１コンデンサ（Ｃ１）の静電容量が、上記第２コンデンサ（Ｃ２）の静電容量よりも大であることを特徴とする請求項１の蓄電装置。
【請求項３】
上記第１、第２コンデンサ（Ｃ１）（Ｃ２）は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１又は請求項２の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種電源のバックアップとして用いられる蓄電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
負荷への電力供給において、電源のバックアップとしてバッテリを備えておき、電源が停止又は電圧が低下したときに、バッテリから負荷に電力が供給されるようにすることは公知である。変電所等の遮断器、計装関係機器、保護装置、照明等を負荷とする電源には、図４に示すような蓄電装置がバックアップとして用いられている。この蓄電装置では、通常時には、入力端子（２３）に供給される交流入力（例えば２００ＶＡＣ）を電力変換器（２１）で直流（１１０ＶＤＣ）に変換し、出力端子（２４）に接続される負荷（図示せず）に供給する。そして、入力端子（２３）に供給される交流電力が低下又は停止すると、バッテリ（２２）から負荷に電力を供給するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記変電所等における負荷の場合、通常時には、それ程大きな電流は必要としないが（１０Ａ程度）、遮断器等の投入時又は遮断時に大電流（数十Ａ程度）が必要なため、電力変換器（２１）やバッテリ（２２）に大容量のものが必要となる。このため、装置全体が大形化する。また、バッテリ（２２）は、消耗により数年で交換する必要があり、保守コストが嵩むことにもなる。さらに、バッテリ（２２）が鉛蓄電池の場合は、重金属を含むため廃棄処理など環境保全上の問題も生じる。
【０００４】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、小形化できると共に、長寿命化により保守コストが低減でき、しかも重金属の使用量を大幅に低減することにより環境負荷の小さい蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで請求項１の蓄電装置は、外部から供給される直流電力で充電される第１コンデンサ（Ｃ１）と、上記直流電力が低下又は停止した場合に上記第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電圧を所定電圧に変換して出力する電力変換器（１２）と、上記第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電流よりも大きい電流を出力できる第２コンデンサ（Ｃ２）と、上記第１、第２コンデンサ（Ｃ１）（Ｃ２）の端子間に設けられ上記第２コンデンサ（Ｃ２）から上記第１コンデンサ（Ｃ１）に電流が流れるのを阻止する電流阻止手段（Ｄ１）とを具備することを特徴としている。
【０００６】
上記請求項１の蓄電装置では、通常時には、外部から供給される直流電力で第１コンデンサ（Ｃ１）と第２コンデンサ（Ｃ２）とを充電できる。そして、直流電力が低下又は停止した場合には、第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電圧を所定電圧に変換して出力する。また、負荷側から、第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電流よりも大きい電流が要求される場合には、通常時においても、また直流電力が低下又は停止した場合においても、第２コンデンサ（Ｃ２）から電流を供給する。このとき、電流阻止手段（Ｄ１）によって、上記第２コンデンサ（Ｃ２）から上記第１コンデンサ（Ｃ１）に電流が流れるのを阻止する。
【０００７】
請求項２の蓄電装置は、第１コンデンサ（Ｃ１）の静電容量が、上記第２コンデンサ（Ｃ２）の静電容量よりも大であることを特徴としている。
【０００８】
上記請求項２の蓄電装置では、第１コンデンサ（Ｃ１）が低い電流を長い時間にわたって放電でき、第２コンデンサ（Ｃ２）で大きい電流を短時間で放電でき、両者の特性を有効に発揮させることが可能である。
【０００９】
請求項３の蓄電装置は、第１、第２コンデンサ（Ｃ１）（Ｃ２）は、電気二重層コンデンサであることを特徴としている。
【００１０】
上記請求項３の蓄電装置では、一段と小形化することが可能であると共に、さらなる長寿命化による保守コストの低減を達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の蓄電装置によれば、通常時も異常時も、大電流を必要とする負荷に対して第２コンデンサから電流供給するようにしているので、電力変換器は大容量のものでなくてもよく、装置の小形化が可能である。また、従来のバッテリのような重金属を使用しないため、環境負荷が小さく環境保全上も有利である。さらに、コンデンサの寿命が１０年〜１５年とバッテリよりも長いため、保守コストが低減できる。
【００１２】
請求項２の蓄電装置によれば、第１コンデンサの静電容量が、上記第２コンデンサの静電容量よりも大であるようにしているので、第１コンデンサと第２コンデンサとの両者の特性を有効に発揮させることが可能であり、さらに小形化を図ることができる。
【００１３】
請求項３の蓄電装置によれば、第１、第２コンデンサを、電気二重層コンデンサで構成したので、一段と小形化することが可能であると共に、さらなる長寿命化による保守コストの低減を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、この発明の蓄電装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１には、蓄電装置の実施形態を示しているが、これは変電所等の遮断器、計装関係機器、保護装置、照明等を負荷とする電源に用いる場合を例示したものである。図のように、入力端子（１３）に第１電力変換器（１１）が接続されているが、この入力端子（１３）には、外部から交流電力（例えば２００ＶＡＣ）が供給される。第１電力変換器（１１）は交流電圧を直流電圧に変換し、中間端子（１５）に出力する。第１電力変換器（１１）は、定電圧制御により、入力電圧変動、例えば±１０％以内の入力電圧変動に対して一定の直流電圧を出力するものである。中間端子（１５）には、第１コンデンサ（Ｃ１）の一方の端子、及び第１ダイオード（Ｄ１）のアノード側の端子が接続されている。また、この中間端子（１５）は、第２電力変換器（１２）の入力側に接続されている。第１ダイオード（Ｄ１）のカソード側は中間端子（１６）に接続されており、この中間端子（１６）には、第２コンデンサ（Ｃ２）の一方の端子、及び第２ダイオード（Ｄ２）のアノード側の端子が接続されている。第２ダイオード（Ｄ２）のカソード側の端子は、第２電力変換器（１２）の出力側に接続されると共に、これらが出力端子（１４）に接続されている。なお、上記第１コンデンサ（Ｃ１）、及び第２コンデンサ（Ｃ２）の他方の端子は、それぞれ接地されている。上記第２電力変換器（１２）は、定電圧制御により、その入力側の直流電圧変動、例えば−８０％以内の入力電圧変動に対して一定の直流電圧を出力端子（１４）に出力するものである。上記第１ダイオード（Ｄ１）は、上記第２コンデンサ（Ｃ２）から上記第１コンデンサ（Ｃ１）に電流が流れるのを阻止する電流阻止手段となるものである。
【００１５】
上記第１コンデンサ（Ｃ１）は、複数の電気二重層コンデンサセルが直列又は並列に、あるいは直並列に接続されたもので、例えば定格電圧１１０ＶＤＣ、静電容量１４２０Ｆ、内部抵抗０．０１４Ω、正規化内部抵抗２０ΩＦで、出力電圧（Ｅ１）及び出力電流（Ｉ１）が、図２に示すような特性のものである。第２コンデンサ（Ｃ２）は、複数の電気二重層コンデンサセルが直列又は並列に、あるいは直並列に接続されたもので、例えば定格電圧１１０ＶＤＣ、静電容量２５Ｆ、内部抵抗０．１４Ω、正規化内部抵抗３．５ΩＦで、出力電圧（Ｅ２）及び出力電流（Ｉ２）が、図３に示すような特性のものである。すなわち、第１コンデンサ（Ｃ１）と第２コンデンサ（Ｃ２）とを比較した場合、第１コンデンサ（Ｃ１）は第２コンデンサ（Ｃ２）よりも静電容量と正規化内部抵抗とが共に大きくなるようにしている。つまり、第１コンデンサ（Ｃ１）は、低出力領域での放電可能エネルギが大きく、また第２コンデンサ（Ｃ２）は、高出力領域での放電可能エネルギが大きくなるようにしている。この結果、第１コンデンサ（Ｃ１）は、第２コンデンサ（Ｃ２）よりも低い電流を長時間にわたって放電可能となり、また第２コンデンサ（Ｃ２）は、第１コンデンサ（Ｃ１）よりも高い電流を短時間にわたって放電可能となる。
【００１６】
このような蓄電装置において、端子（１３）に印加される交流電圧が、例えば２００ＶＡＣで第１、及び第２電力変換器（１１）（１２）が共に、１１０ＶＤＣの直流電圧を出力するとすれば、入力電圧２００ＶＡＣが正常な場合（通常時）には、第１電力変換器（１１）は１１０ＶＤＣを出力する。第１コンデンサ（Ｃ１）と第２コンデンサ（Ｃ２）とが充電されていなければ、第１電力変換器（１１）の出力で第１コンデンサ（Ｃ１）が充電され、第１ダイオード（Ｄ１）を介して第２コンデンサ（Ｃ２）が充電される。これと共に、第１電力変換器（１１）の出力電圧は、第１、及び第２ダイオード（Ｄ１）（Ｄ２）、及び出力端子（１４）を介して、負荷（図示せず）に供給される。遮断器以外の負荷（計装関係機器、保護装置、照明等）に要する電流は数Ａ程度であり、第１、及び第２電力変換器（１１）（１２）の電流容量は１０Ａ程度あればよい。
【００１７】
ところで遮断器が投入又は遮断されるときには、数十Ａ程度の負荷電流が必要である。この場合、第１、及び第２電力変換器（１１）（１２）は、リミッタがかかって１０Ａ以上流れず、第２コンデンサ（Ｃ２）から第２ダイオード（Ｄ２）を介して電流が入力端子（１４）へと流れる。遮断器の投入又は遮断に要する時間は１秒以内である。１秒程度であれば、図３に示すように、第２コンデンサ（Ｃ２）の出力電圧低下はほとんどなく、また出力電流もほとんど変化しない。従って、数十Ａの負荷電流に十分対応できる。第２コンデンサ（Ｃ２）は、遮断器の投入又は遮断が頻繁に行われたとしても対応可能であり、また通常時には、第１電力変換器（１１）の出力により第１ダイオード（Ｄ１）を介して充電されるので容量低下しない。
【００１８】
一方、入力端子（１３）に供給される交流電力が、停止又は電圧が整定値、例えば１０％以上低下した場合、第１電力変換器（１１）は、出力を停止し、第１コンデンサ（Ｃ１）から第１、及び第２ダイオード（Ｄ１）（Ｄ２）を介して、負荷に電流を供給する。第１コンデンサ（Ｃ１）は、図２のような長時間の放電特性を持っている。従って、放電時間の経過と共に、端子電圧が徐々に低下し、中間端子（１５）の電圧が、中間端子（１６）の電圧よりも小になると、第１ダイオード（Ｄ１）がＯＦＦし、第２電力変換器（１２）が動作して、出力電圧を１１０Ｖに維持して負荷に電力供給する。第２電力変換器（１２）の出力電流は数Ａ程度である。第２電力変換器（１２）は、定電圧制御により、入力電圧（第１コンデンサ（Ｃ１）の電圧）の、例えば８０％以内の低下に対して定電圧を出力でき、第１コンデンサ（Ｃ１）と第２電力変換器（１２）により、上記遮断器以外の負荷に対して、１００分以上は電力供給可能である。遮断器が投入又は遮断された場合、第２電力変換器（１２）はリミッタがかかるため、例えば電流１０Ａ以上は出力されず、第２コンデンサ（Ｃ２）から数十Ａの電流が負荷に供給される。このとき、中間端子（１５）の電圧は、中間端子（１６）の電圧よりも小さく、第１ダイオード（Ｄ１）によって第２コンデンサ（Ｃ２）から第１コンデンサ（Ｃ１）へ電流が逆流することなく、負荷に有効に供給できる。遮断器が投入又は遮断されて約１秒後、負荷電流は数Ａになるので第１コンデンサ（Ｃ１）、第２電力変換器（１２）から、上記同様に負荷電流を供給する。そして、交流電力が入力端子（１３）に再び供給されれば、通常時の動作に戻る。
【００１９】
上記実施形態の蓄電装置によれば、通常時には、第１電力変換器（１１）の出力で第１コンデンサ（Ｃ１）が充電され、第１ダイオード（Ｄ１）を介して第２コンデンサ（Ｃ２）が充電される。そして、入力端子（１３）に供給される交流電力が、停止又は電圧が整定値、例えば１０％以上低下して第１電力変換器（１１）が、出力を停止した場合には、第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電圧を、第２電力変換器（１２）で所定電圧に変換して負荷に供給する。また、遮断器が投入又は遮断されるときのように、負荷側から、第１コンデンサ（Ｃ１）の出力電流よりも大きい電流が要求される場合には、第２コンデンサ（Ｃ２）から負荷に電流を供給する。このとき、第１ダイオード（Ｄ１）によって、上記第２コンデンサ（Ｃ２）から上記第１コンデンサ（Ｃ１）に電流が流れるのを阻止する。
【００２０】
上記のように、上記実施形態の蓄電装置では、通常時も異常時も、大電流を必要とする負荷に対して第２コンデンサ（Ｃ２）から電流供給するようにしているので、第１、及び第２電力変換器（１１）（１２）は大容量のものでなくてもよく、装置の小形化が可能である。また、従来のバッテリのような重金属を使用しないため、環境負荷が小さく環境保全上も有利である。さらに、コンデンサの寿命が１０年〜１５年とバッテリよりも長いため、保守コストが低減できる。また、第１コンデンサ（Ｃ１）の静電容量が、上記第２コンデンサ（Ｃ２）の静電容量よりも大であるようにしているので、第１コンデンサ（Ｃ１）と第２コンデンサ（Ｃ２）との両者の特性を有効に発揮させることが可能であり、さらに小形化を図ることができる。しかも、第１、第２コンデンサ（Ｃ１）（Ｃ２）を、電気二重層コンデンサで構成したので、一段と小形化することが可能であると共に、さらなる長寿命化による保守コストの低減を達成できる。
【００２１】
以上にこの発明の蓄電装置の具体的な実施の形態について説明をしたが、この発明の蓄電装置は、上記実施の形態に限られるものではなく、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記においては、第１コンデンサ（Ｃ１）と第２コンデンサ（Ｃ２）として、電気二重層コンデンサを用いた例を説明したが、第１、及び第２コンデンサ（Ｃ１）（Ｃ２）は、電解コンデンサやその他のコンデンサでもよい。また、入力端子（１３）に対し、直流電力が供給されるような場合には、交流を直流に変換する第１電力変換器（１１）は不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の蓄電装置の実施形態を示す簡略回路図である。
【図２】上記実施形態における第１コンデンサの出力電圧（Ｅ１）と出力電流（Ｉ１）との特性を示すグラフである。
【図３】上記実施形態における第２コンデンサの出力電圧（Ｅ２）と出力電流（Ｉ２）との特性を示すグラフである。
【図４】従来の蓄電装置を示す簡略回路図である。
【符号の説明】
【００２３】
１２    第２電力変換器（電力変換器）
Ｃ１    第１コンデンサ
Ｃ２    第２コンデンサ
Ｄ１    第１ダイオード（電流阻止手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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