(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直送用整流装置および前記直送用整流装置に接続する少なくとも１個以上の二次電池を含み前記直送用整流装置に接続する複数の負荷に無瞬断で直流電力を供給する無瞬断直流供給システムにおいて、
前記二次電池充電用電源として上記それぞれの二次電池を充電する直流発電装置を備え、
前記直流発電装置は燃料電池と前記燃料電池に接続するＤＣ−ＤＣコンバータとで構成され、かつ前記二次電池とそれぞれスイッチを介して接続されており、前記各スイッチは順次１個づつ接続状態とされ、同時に二つ以上のスイッチが接続状態になることがないように切り換えて前記二次電池を１個づつ順次充電する構成とし、
電力供給系として、交流電力供給系と、瞬断対策用として前記交流電力供給系とは別に設けられた前記直流発電装置からの直流電力供給系と、により前記無瞬断直流供給システムの外部からそれぞれ別個に電力供給する構成を特徴とする無瞬断直流供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無瞬断直流供給システムにおいて、前記二次電池としてニッケル水素蓄電池を用いたことを特徴とする無瞬断直流供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池を用いた無瞬断直流供給システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来用いられている無瞬断直流供給システムの構成図を示す。図４において、無瞬断直流供給システムは商用の交流電力を整流して直接負荷に電力を供給する直送用整流装置１、鉛蓄電池２、商用の交流電力を整流して蓄電池に充電する充電用整流装置３で構成されており、この出力が負荷４に供給されている。次に図５に無瞬断直流供給システムにおいて通常の場合の電力供給ルートを太線で示した構成図を示す。図５において、直送用整流装置１は入力した商用電源２０の交流２００Ｖを直流−４８Ｖに変換し、同一フロアーに設置されている負荷４に供給する。この時充電用整流装置３は入力した商用電源２０の交流２００Ｖを直流−４８Ｖに変換し、この直流電圧を鉛蓄電池２に供給する。これにより鉛蓄電池２は常時満充電の状態に保たれる。次に図６に停電時の電力供給ルートを太線で示した無瞬断直流供給システムの構成図を示す。停電により商用電源２０が遮断状態になった場合は、満充電状態の鉛蓄電池２がバックアップ電源として放電を開始し、直送用整流装置１を介して無瞬断で直流−４８Ｖを負荷４へ供給する。この後、商用電源２０が回復すると、図５に示す通常の供給ルートに無瞬断で戻り、充電用整流装置３による鉛蓄電池２の充電が再開される。
【０００３】
次に図７に通信ビル５における標準的な無瞬断直流供給システムの設置状況図を示す。図７においては事故等により商用電源２０からの電源供給が遮断され、各負荷への電源供給断という危険を分散させるため、一負荷に対し一無瞬断直流供給システムを導入している。すなわち、負荷（Ｎｏ．１）４１に対しては直送用整流装置（Ｎｏ．１）１１、鉛蓄電池（Ｎｏ．１）２１、充電用整流装置（Ｎｏ．１）３１が接続されており、負荷（Ｎｏ．２）４２に対しては直送用整流装置（Ｎｏ．２）１２、鉛蓄電池（Ｎｏ．２）２２、充電用整流装置（Ｎｏ．２）３２が接続されており、負荷（Ｎｏ．３）４３に対しては直送用整流装置（Ｎｏ．３）１３、鉛蓄電池（Ｎｏ．３）２３、充電用整流装置（Ｎｏ．３）３３が接続されている。また各負荷４１、４２、４３に安定した直流−４８Ｖを供給するため、各直送用整流装置１１、１２、１３内部の＋端子導帯６１、６２、６３のそれぞれと同一フロアーに設置された接地端子箱７１、７２、７３間に通信用アース８１、８２、８３を布設し、＋端子のゼロ電位を確立する構成としている。なお、上階層（フロア５０２，５０３，５０４）における接地端子箱に接続されている通信用アース線８１、８２、８３は接地母線７００を介してフロア５０１（最下層）の接地端子箱７０に接続されており、この接地端子箱７０はグランドレベルに接地されている。
【０００４】
また図８に通信ビル５における自家発電設備として設置されている燃料電池９を使用した場合の運用形態イメージ図を示す。燃料電池９は、発電部分のセルスタック１０から直流電力を発生するが、燃料電池内インバーター１５により直流から交流電力に変換し、商用電源２０と系統連系した運用形態をとっている。
上記のように、従来は一負荷に対して一無瞬断直流供給システムを導入した構成としているため、通信ビル５内には複数の充電用整流装置を設置しなければならない。これにより個々の充電用整流装置のコスト増大が課題となってくる。さらに通信ビル５において燃料電池９を導入している場合は、燃料電池９内でインバータ１５により直流から交流へ変換するため、インバーター効率によるエネルギー損失と、商用電源２０と燃料電池９の出力とが連系した交流電源を直流−４８Ｖへ変換する充電用整流装置効率によるエネルギー損失が課題となる。
【０００５】
このような充電用整流装置コスト増大の解決策として、例えば通信ビル５で複数の直送用整流装置１１、１２、１３、鉛蓄電池２１、２２、２３と一充電用整流装置３０にて無瞬断直流供給システムを構築することが考えられ、この場合のシステム構成図を図９に示す。この場合、直流−４８Ｖの給電線１２１、１２２、１２３は＋と−の２芯ケーブルで布設され、通信用アース８１、８２、８３は１芯ケーブルで直送用整流装置１１、１２、１３の各＋端子導帯６１、６２、６３に布設されている。この場合、各給電線１２１、１２２、１２３の＋端子と通信用アース８１、８２、８３とで図１０の破線矢印のようなループ回路１００が形成されてしまう。このループ回路が形成されると、各直送用整流装置１１、１２、１３の通信用アース間に電位差が有る場合、通信用アース８１、８２、８３及び接地母線７００に図１１に太線矢印で示すような迷走電流が流れてしまうおそれが生じる。また図１２に示すように、各鉛蓄電池２１、２２、２３と充電用整流装置３０の間にそれぞれスイッチ（１）１３１、スイッチ（２）１３２、スイッチ（３）１３３を設け、２組以上の鉛蓄電池を同時に充電させない方式によって上記＋端子のループ回路形成を防ぐこともできるが、この場合、鉛蓄電池を間欠充電することにより電池内部負極の劣化が加速されることになり、鉛電池の寿命が急激に短くなってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、図８で述べた問題点である充電用整流装置コスト増大とエネルギー損失、図９のシステムで述べたような問題点となってしまっていた迷走電流の防止と蓄電池の間欠充電による寿命の短縮化等の課題を解決することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明においては、直送用整流装置を１基および少なくとも１個以上の二次電池を含み複数の負荷に無瞬断で直流電力を供給する無瞬断直流供給システムを基本構成としている。この基本構成に対して上記の二次電池の充電用電源として上記それぞれの二次電池を充電する直流発電装置を備え、かつ、この直流発電装置は前記の二次電池とそれぞれスイッチを介して接続されており、また、この直流発電装置として、ＤＣ−ＤＣコンバータを含む燃料電池装置を用いたことを特徴としている。さらに、この各スイッチは順次１個づつ接続状態とされ、同時に二つ以上のスイッチが接続状態になることがないように切り換えながら前記の二次電池を１個づつ順次充電する構成とし、さらに交流電力供給系と、瞬断対策用としての直流電力供給系とを別個に外部から電力供給する構成としている。
【０００８】
ここで、前記の二次電池としてニッケル水素蓄電池を用いた構成としたこと、および、前記の直流発電装置としてＤＣ−ＤＣコンバータを含む燃料電池装置を用いた構成の無瞬断直流供給システムについても開示している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による実施の形態の一例で、３つの負荷に電力供給する構成で、燃料電池を用いた無瞬断直流供給システムを、通信ビル５に設置した図である。図１において、通信ビル５は４階層（４フロア）構造となっており、第１階層５０１には３負荷それぞれのバックアップ電源となる３系統のニッケル水素電池と上階層における各通信用アースを統合してグランドレベルに接地する接地端子箱７０が設置されている。第２階層５０２には負荷（Ｎｏ．１）４１及びその直送整流装置（Ｎｏ．１）１１及び接地端子箱７１が設けられており、これらの接続関係は図７において述べたものと同様である。また、第３階層、第４階層においては第２階層と同じ構成で負荷（Ｎｏ．２）が第３階層に、負荷（Ｎｏ．３）が第４階層に設置されている。また図１の構成では、燃料電池９の出力側のインバータ１５の代りにＤＣ／ＤＣコンバータ１６を設置し、これによりニッケル水素蓄電池１７１、１７２、１７３の充電用整流装置３０を省略し、燃料電池９から直接に充電電力を供給する構成としている。
【００１０】
図２は通常の場合の負荷への電力供給ルートを太線矢印で示したものである。直送用整流装置１１、１２、１３は入力した商用電源２０の交流２００Ｖを直流−４８Ｖに変換し、同一フロアに設置されている負荷４１、４２、４３へ供給する。この時、燃料電池９は発電部分のセルスタック１０から直流電力を発生し、燃料電池９内部のＤＣ／ＤＣコンバータ１６により直流−４８Ｖへ変換後、ニッケル水素蓄電池１７１、１７２、１７３へ供給し満充電を保つ。この際２組以上のニッケル水素蓄電池を同時に充電すると、従来の技術の項で述べたように無瞬断直流供給システムの＋端子にてループ回路が形成されてしまうので、燃料電池９とニッケル水素蓄電池１７１、１７２、１７３の間にスイッチ１３１、１３２、１３３を設ける。この構成により、はじめにスイッチ（１）１３１のみを閉じニッケル水素蓄電池（Ｎｏ．１）１７１の充電を行い、満充電に達した時点でスイッチ（１）１３１を開いて遮断状態とし、同時にスイッチ（２）１３２を閉じて接続状態としてニッケル水素蓄電池（Ｎｏ．２）１７２の充電を開始する。この動作をニッケル水素電池（Ｎｏ．３）１７３以降順次繰り返すことにより、全てのニッケル水素蓄電池が満充電状態に保たれるようにしておく。
【００１１】
図３に商用電源２０が停電状態となったときの電力供給ルートを太線で示す。すなわち、燃料電池９とニッケル水素蓄電池１７１、１７２、１７３間のスイッチ１３１、１３２、１３３を全て開放して遮断状態とし、これにより燃料電池９は出力を停止した待機状態となる。一方、正常給電状態で満充電となっている各ニッケル水素蓄電池１７１、１７２、１７３はバックアップ電源として放電を開始し、直送用整流装置１１、１２、１３を介して無瞬断で直流−４８Ｖを負荷４１、４２、４３へ供給する。この後、商用電源２０が回復すると、図２に示した通常の供給ルートに無瞬断で戻り、ニッケル水素蓄電池１７１、１７２、１７３の充電が再開される。
【００１２】
以上の説明では、バックアップ電源としてニッケル水素蓄電池１７１、１７２、１７３を使用しているが、これら電池はニッケル水素蓄電池に限定するものではなく、Ｌｉイオン電池等繰り返し充放電に対して電極劣化が少ない長寿命高信頼性の二次電池であれば如何なる電池でも適用が可能である。同様に、燃料電池９に対しても、太陽電池等の他の直流発電装置であれば燃料電池に限定するものではない。さらに、本実施の形態においては通信用を例に説明したが、本発明による直流電力の供給システムは電源の瞬断を嫌う何れの電気機器に対しても適用可能であることは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の充電用整流装置に替わり直流発電装置１台で直接蓄電池の充電をすることで、充電用整流装置のコスト増大を防ぐこと、およびエネルギー損失を抑制することができる。
【００１４】
次に鉛蓄電池に替わりニッケル水素蓄電池等の繰り返し充放電に対して電極劣化が少ない蓄電池（二次電池）を運用することで、直流発電装置から供給される直流−４８Ｖでの間欠充電を電池寿命を短縮することなく実行することができる。また、蓄電池の間欠充電を行なう構成とすることにより、複数の直送用整流装置をバックアップする場合でも＋端子にてループ回路が形成されることが無くなり、通信用アースに迷走電流が流れる危険性を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示すシステム構成図。
【図２】本発明によるシステムが通常の電力給電を行なっている場合のシステム構成図。
【図３】本発明によるシステムで、商用電源が停電した場合の給電系統を示すシステム構成図。
【図４】従来の無瞬断直流供給システムの構成図。
【図５】従来の無瞬断直流供給システムの通常の給電状態を示すシステム構成図。
【図６】従来の無瞬断直流供給システムでの停電時の給電状態を示すシステム構成図。
【図７】従来の通信ビルにおける標準的な無瞬断直流供給システムの設置系統図。
【図８】通信ビルにおける燃料電池の運用形態を示す系統図。
【図９】複数の直送用整流装置と一充電用整流装置とを用いて通信ビルに構築した場合の無瞬断直流供給システムの構成図。
【図１０】複数の直送用整流装置と一充電用整流装置にて無瞬断直流供給システムを構築した場合の、＋端子ループが形成された場合の回路図。
【図１１】複数の直送用整流装置と一充電用整流装置で構築した場合の、通信用アースに流れる迷走電流を示すシステム構成図。
【図１２】複数の直送用整流装置と一充電用整流装置にて無瞬断直流供給システムを構築した場合の、スイッチを用いた＋端子ループ防止回路を含むシステム構成図。
【符号の説明】
１：直送用整流装置                ２：鉛蓄電池
３：充電用整流装置                ４：負荷
５：通信ビル                      ９：燃料電池
１０：セルスタック                １１：直送用整流装置(No.1)
１２：直送用整流装置(No.2)        １３：直送用整流装置(No.3)
１５：インバータ
２０：商用電源                    ２１：鉛蓄電池(No.1)
２２：鉛蓄電池(No.2)              ２３：鉛蓄電池(No.3)
３０：充電用整流装置              ３１：充電用整流装置(No.1)
３２：充電用整流装置(No.2)        ３３：充電用整流装置(No.3)
４１：負荷(No.1)                  ４２：負荷(No.2)
４３：負荷(No.3)
６１，６２，６３：＋端子導帯
７０、７１，７２，７３：接地端子箱
８１，８２、８３：通信用アース
１００：ループ回路
１２１、１２２，１２３：給電線
１３１，１３２，１３３：スイッチ
５０１：第１階層                  ５０２：第２階層
５０３：第３階層                  ５０４：第４階層
７００：接地母線
【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】
0003813090.tif 000009
【図９】
0003813090.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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