特許 7377731 停電時電源切替システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-01

(45)【発行日】2023-11-10

(54)【発明の名称】停電時電源切替システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20231102BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20231102BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231102BHJP

   H01M 8/043 20160101ALI20231102BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 120

H02J7/34 F

H02J7/34 H

H02J7/00 303E

H01M8/043

H01M8/04858

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020019923

(22)【出願日】2020-02-07

(65)【公開番号】P2021126016

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2022-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000124591

【氏名又は名称】河村電器産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078721

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 喜樹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 昌幸

【審査官】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１２６０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６３６２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２２９９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９８２０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ９／０６

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４３

Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

特定負荷の電源を商用電源と他の電源との間で切り替える第１切替手段と、
前記他の電源を蓄電池及び所定の分散電源として、両者を切り替える第２切替手段と、
前記第１切替手段を制御する第１制御回路と、
前記第２切替手段を制御する第２制御回路と、
商用電源が停電したら所定時間のカウントを開始するタイマ及び前記タイマのカウントアップで起動するタイマリレーと、を有し、
前記第１制御回路は、商用電源により起動する第１リレー及び前記他の電源により起動する第２リレーとを具備し、
前記第１リレーのａ接点と前記第２リレーのｂ接点との直列回路を有して、当該直列回路が閉路状態になると、前記第１切替手段が商用電源に切り替わると共に、前記第１リレーのｂ接点と前記第２リレーのａ接点との直列回路を有して、当該直列回路が閉路状態になると、前記第１切替手段が前記他の電源に切り替わり、
前記第２制御回路は、前記蓄電池により起動する第３リレーと、前記分散電源により起動する第４リレーと、前記タイマリレーとを具備し、
前記第３リレーのａ接点と前記第４リレーのｂ接点とが直列接続され、加えて前記タイマリレーのｂ接点が前記第４リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路を有し、当該回路が閉路状態になると、前記第２切替手段が前記蓄電池に切り替わると共に、
前記第３リレーのｂ接点と前記第４リレーのａ接点とが直列接続され、更に前記タイマリレーのａ接点が前記第３リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路を有し、当該回路が閉路状態になると、前記第２切替手段が前記分散電源に切り替わることを特徴とする停電時電源切替システム。

【請求項2】

前記タイマは、前記特定負荷が接続された電路から電源が供給されることを特徴とする請求項１記載の停電時電源切替システム。

【請求項3】

前記第１リレーのａ接点と前記第２リレーのｂ接点との直列回路は、前記第１切替手段と前記商用電源との間の電路上に配置されると共に、
前記第１リレーのｂ接点と前記第２リレーのａ接点との直列回路は、前記第１切替手段と前記他の電源との間の電路上に配置されて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の停電時電源切替システム。

【請求項4】

前記第３リレーのａ接点と前記第４リレーのｂ接点とが直列接続され、前記タイマリレーのｂ接点が前記第４リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路は、前記第２切替手段と前記蓄電池との間の電路上に配置されると共に、
前記第３リレーのｂ接点と前記第４リレーのａ接点とが直列接続され、前記タイマリレーのａ接点が前記第３リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路は、前記第２切替手段と前記分散電源との間の電路上に配置されて成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の停電時電源切替システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、商用電源が停電した際に電源を蓄電池等に切り替える停電時電源切替システムに関する。

【背景技術】

【0002】

商用電源が停電した時に、蓄電池や他の分散電源に電源を切り替えて少なくとも一部の負荷に対しては電力の供給を継続させる電源切替装置がある。
例えば、特許文献１では、商用電源が停電したら、太陽電池或いは蓄電池の電力を負荷に供給し、その後一定時間が経過しても商用電源が復電しなければ、燃料電池を起動して燃料電池の電力も更に供給するよう構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１１７６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の停電時電源切替システムは、商用電源が停電しても制御部が継続して動作するよう、制御部の電源を太陽電池及び蓄電池から採っているし、燃料電池からも供給されるよう構成されている。そのため電源部が複雑な回路構成となっていた。
また、蓄電池は別途オフ操作しない限り電源としての機能を継続し、一定容量を確保する等の制御が行われないため、燃料電池が停止した後の電源の確保が難しくなる問題を有していた。

【0005】

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電源を切替制御する制御部の電源を簡易な構成にでき、更に蓄電池の使用は商用電源が停電してからの一定時間として、その後は他の分散電源に切り替わるよう制御する停電時電源切替装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係る停電時電源切替システムは、特定負荷の電源を商用電源と他の電源との間で切り替える第１切替手段と、他の電源を蓄電池及び所定の分散電源として、両者を切り替える第２切替手段と、第１切替手段を制御する第１制御回路と、第２切替手段を制御する第２制御回路と、商用電源が停電したら所定時間のカウントを開始するタイマ及びタイマのカウントアップでオン動作するタイマリレーと、を有し、第１制御回路は、商用電源により起動する第１リレー及び他の電源により起動する第２リレーとを具備し、第１リレーのａ接点と第２リレーのｂ接点との直列回路を有して、当該直列回路が閉路状態になると、第１切替手段が商用電源に切り替わると共に、第１リレーのｂ接点と第２リレーのａ接点との直列回路を有して、当該直列回路が閉路状態になると、第１切替手段が他の電源に切り替わり、第２制御回路は、蓄電池により起動する第３リレーと、分散電源により起動する第４リレーと、タイマリレーとを具備し、第３リレーのａ接点と第４リレーのｂ接点とが直列接続され、加えてタイマリレーのｂ接点が第４リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路を有し、当該回路が閉路状態になると、第２切替手段が蓄電池に切り替わると共に、第３リレーのｂ接点と第４リレーのａ接点とが直列接続され、更にタイマリレーのａ接点が第３リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路を有し、当該回路が閉路状態になると、第２切替手段が分散電源に切り替わることを特徴とする。
この構成によれば、商用電源が停電した直後は蓄電池の電力が特定負荷に供給されるが、停電により起動したタイマがカウントアップしたら電源が蓄電池から分散電源に切り替わる。よって、商用電源の停電が継続しても、蓄電池が空になる前に他の電源に切り替えることができ、蓄電池を非常用電源として確保できるし、分散電源を安定した状態で使用することができる。
また、制御回路を構成する第１～第４リレーは、それぞれ１種類の電源により駆動されるため、複雑な電源回路を設けること無く切替制御を実施でき、安価な構成で停電時の切替制御を実施できる。
更に、分散電源に切り替えた後、分散電源の出力が停止したら、第３リレーのａ接点と第４リレーのｂ接点との直列接続された回路が閉路する。よって、再び第２切替手段が蓄電池に切り替わって負荷に蓄電池の電力が供給されるため、負荷を可能な限り稼働させることができる。

【0007】

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、タイマは、特定負荷が接続された電路から電源が供給されることを特徴とする。
この構成によれば、商用電源が停電してもタイマを確実に動作させることができる。

【0008】

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、第１リレーのａ接点と第２リレーのｂ接点との直列回路は、第１切替手段と商用電源との間の電路上に配置されると共に、第１リレーのｂ接点と第２リレーのａ接点との直列回路は、第１切替手段と他の電源との間の電路上に配置されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、商用電源と他の電源との切り替えを実施する際に、両電源間で短絡事故の発生を防止できる。

【0009】

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成において、 第３リレーのａ接点と第４リレーのｂ接点とが直列接続され、タイマリレーのｂ接点が第４リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路は、第２切替手段と蓄電池との間の電路上に配置されると共に、第３リレーのｂ接点と第４リレーのａ接点とが直列接続され、タイマリレーのａ接点が第３リレーのｂ接点に並列接続されて成る回路は、第２切替手段と分散電源との間の電路上に配置されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、蓄電池と分散電源との切り替えを実施する際に、両電源間で短絡事故の発生を防止できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、商用電源が停電した直後は蓄電池の電力が特定負荷に供給されるが、停電により起動したタイマがカウントアップしたら電源が蓄電池から分散電源に切り替わる。よって、商用電源の停電が継続しても、蓄電池が空になる前に他の電源に切り替えることができ、蓄電池を非常用電源として確保できるし、分散電源を安定した状態で使用することができる。
また、別途電源回路を設けること無く切替制御を実施でき、安価な構成で停電時の切替制御を実施できる。
更に、分散電源に切り替えた後、分散電源の出力が停止したら、再び蓄電池に切り替わるため、負荷を可能な限り稼働させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る停電時電源切替システムの一例を示すブロック図である。

【図2】第１切替手段の説明図である。

【図3】第２切替手段の説明図である。

【図4】第１制御回路の説明図である。

【図5】第２制御回路の説明図である。

【図6】各電源の状態によるリレーの動作表である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る停電時電源切替システムの一例を示すブロック図であり、１は特定負荷としての負荷１０の電源を切り替える第１切替手段、２は同様に負荷１０の電源を切り替える第２切替手段、３は第１切替手段１を制御する第１制御回路、４は第２切替手段を制御する第２制御回路、５はタイマである。
負荷１０は特定電路Ｍ１により第１切替手段１の出力部１ｃに接続されている。タイマ５はリレーＴ１を有し、商用電源６に設けられた電圧センサ７の情報を受けて動作し、商用電源６の停電を受けて所定時間（ここでは、３０分とする）のカウントを開始する。またリレーＴ１は、タイマ５がカウントアップしたら起動する。

【0013】

第１切替手段１の入力側は、第１電源入力部１ａと第２電源入力部１ｂを有し、第１電源入力部１ａには第１制御回路３及び電路Ｍ２を介して商用電源６が接続されている。また、第２電源入力部１ｂには第１制御回路３及び電路Ｍ３を介して他の電源である第２切替手段２の出力部２ｃが接続されている。
そして、１次側の第１電源入力部１ａと出力部１ｃとの接続をオン／オフする第１接点部１１と、１次側の第２電源入力部１ｂと出力部１ｃとの接続をオン／オフする第２接点部１２とを有している。

【0014】

第２切替手段２の入力側は、第３電源入力部２ａと第４電源入力部２ｂを有し、第３電源入力部２ａには第２制御回路４及び電路Ｍ４を介して蓄電池８が接続されている。また、第４電源入力部２ｂには第２制御回路４及び電路Ｍ５を介して分散電源９が接続されている。
そして、第１切替手段１と第３電源入力部２ａとの接続をオン／オフする第３接点部２１と、第１切替手段１と第４電源入力部２ｂとの接続をオン／オフする第４接点部２２とを有している。
尚、ここで分散電源９は蓄電池以外の自家発電電力をいい、例えば燃料電池発電がこれに対応している。

【0015】

図２は第１切替手段１の説明図、図３は第２切替手段２の説明図であり、電源の切り替えを操作するリレー（第１切替リレーＸＸ１、第２切替リレーＸＸ２、第３切替リレーＸＸ３、第４切替リレーＸＸ４）の配置及び制御先を示している。
切り替える電路は、２本の電圧線Ｌ１，Ｌ２と中性線Ｎから成る単相３線式電路の場合を示し、第１切替リレーＸＸ１は第１電源入力部１ａの一方の電圧線Ｌ１と中性線Ｎとの間に配置され、第２切替リレーＸＸ２は第２電源入力部１ｂの電圧線Ｌ１と中性線Ｎとの間に配置されている。また、第３切替リレーＸＸ３は第３電源入力部２ａの一方の電圧線Ｌ１と中性線Ｎとの間に配置され、第４切替リレーＸＸ４は第４電源入力部２ｂの一方の電圧線Ｌ１と中性線Ｎとの間に配置されている。

【0016】

図４は第１制御回路３の説明図、図５は第２制御回路４の説明図であり、何れもリレー回路で構成されている。
図４に示すように、第１制御回路３は、第１電源入力部１ａに接続された商用電源６により起動する（オンする）第１リレーＸ１を有している。また第２電源入力部１ｂに接続された他の電源により起動する（オンする）第２リレーＸ２を有している。尚、他の電源は蓄電池８、分散電源９の何れかである。

【0017】

そして、電路Ｍ２上には、第１リレーＸ１のａ接点ａＸ１と第２リレーＸ２のｂ接点ｂＸ２が直列に配置され、この回路が閉路すると第１切替手段１と商用電源６が接続され、開路状態になると遮断される。
一方、電路Ｍ３上には、第１リレーＸ１のｂ接点ｂＸ１と第２リレーＸ２のａ接点ａＸ２が直列に配置され、この回路が閉路すると第１切替手段１と他の電源が接続され、開路状態になると遮断される。

【0018】

そして、第１切替リレーＸＸ１は第１リレーＸ１に連動して動作し、第２切替リレーＸＸ２は第２リレーＸ２に連動して動作し、第３切替リレーＸＸ３は第３リレーＸ３に連動して動作し、第４切替リレーＸＸ４は第４リレーＸ４に連動して動作する。

【0019】

尚、リレーＴ１は第２制御回路４の構成要素であるが、第１切替手段１の出力部１ｃに接続されているため、ここで示している。タイマ５の電源を負荷１０が接続されている特定電路Ｍ１から採ることで、商用電源６が停電してもタイマ５は確実に動作することができる。

【0020】

この結果、商用電源６が印加されている状態では、第１接点部１１がオン、第２接点部１２がオフ状態となり、負荷１０に商用電源６が供給される。また、商用電源６が停電すると、第１接点部１１がオフ、第２接点部１２がオンして蓄電池８或いは分散電源９に切り替わって負荷１０に電源が供給される。
また、電路Ｍ２上及び電路Ｍ３上に、第１リレーＸ１及び第２リレーＸ２により開閉する接点ａＸ１，ｂＸ２，ｂＸ１，ａＸ２が配置されることで、商用電源６と他の電源との間の短絡事故を防止できる。

【0021】

一方、図５に示すように、第２制御回路４の第３リレーＸ３は第３電源入力部２ａに接続された蓄電池８により起動する（オンする）。第４リレーＸ４は、第４電源入力部２ｂに接続された分散電源９により起動する（オンする）。
更にタイマ５のカウントアップで起動する（オンする）リレーＴ１（図４に示す）を備えている。

【0022】

また電路Ｍ４上には、第３リレーＸ３のａ接点ａＸ３と第４リレーＸ４のｂ接点ｂＸ４が直列に接続され、更にリレーＴ１のｂ接点ｂＴ１が第４リレーＸ４のｂ接点ｂＸ４に並列に接続された回路が配置され、この回路が閉路すると第２切替手段２と蓄電池８が接続され、開路状態になると遮断される。
一方、電路Ｍ５上には、第３リレーＸ３のｂ接点ｂＸ３と第４リレーＸ４のａ接点ａＸ４が直列に配置され、更にリレーＴ１のａ接点ａＴ１が第３リレーＸ３のｂ接点ｂＸ３に並列に接続された回路が配置され、この回路が閉路すると第２切替手段２と分散電源９が接続され、開路状態になると遮断される。

【0023】

この結果、蓄電池８が第１切替手段１に接続されている状態で、リレーＴ１がオンし且つ分散電源９が立ち上がっていたら、第３接点部２１がオフして第４接点部２２がオンする。即ち、負荷１０の電源が蓄電池８から分散電源９に切り替わる。
また、分散電源９の出力が停止したら、第４リレーＸ４がオフするため、第３リレーＸ３のａ接点ａＸ３と第４リレーＸ４のｂ接点ｂＸ４との直列接続された回路が閉路する。よって、再び第２切替手段２が蓄電池８に切り替わって負荷１０に蓄電池８の電力が供給される。そのため、負荷１０を可能な限り稼働させることができる。
また、電路Ｍ４上及び電路Ｍ５上に、第３リレーＸ３及び第４リレーＸ４により開閉する接点ａＸ３，ｂＸ４，ｂＸ３，ａＸ４が配置され、更にリレーＴ１により開閉する接点ａＴ１，ｂＴ１配置されることで、蓄電池８と分散電源９との間の短絡事故を防止できる。

【0024】

図６は、リレーにより構成された上記制御回路の動作表であり、電源の状態の関係を一覧で示している。図４を参照して具体的に説明する。
まず、商用電源６が通電状態にあるＥ１の状態を説明する。この場合、蓄電池８或いは分散電源９が稼働状態にあると、商用電源６に限定されず蓄電池８或いは分散電源９が負荷１０に供給される可能性がある。しかしながら、リレーＸ１～Ｘ４は前回の状態を維持するため、商用電源６が通電されている限り、途中で蓄電池８或いは分散電源９が起動しても、第１切替手段１及び第２切替手段２は切り替わらない。よって、商用電源６から他の電源に切り替わることは無い。

【0025】

その後、商用電源６が停電した直後のＥ２の状態では、蓄電池８が電力供給可能な状態にあれば、分散電源９の状態に関わらず蓄電池８の電力が負荷１０に供給される。但し、蓄電池８に電力供給能力が無い場合は分散電源９に切り替わる。
更に、商用電源６が停電して３０分が経過したＥ３の状態では、リレーＴ１の作用により負荷１０の電源が分散電源９に切り替わる。即ち、蓄電池８の状態に関わらず分散電源９から負荷１０に電力が供給される。但し、分散電源９に供給能力が無い場合は蓄電池８から電力が供給される。

【0026】

このように、商用電源６が停電した直後は蓄電池８の電力が特定電路Ｍ１に接続された負荷１０に供給されるが、停電により起動したタイマ５がカウントアップしたら電源が蓄電池８から分散電源９に切り替わる。よって、商用電源６の停電が継続しても、蓄電池８が空になる前に他の電源に切り替えることができ、蓄電池８を非常用電源として確保できるし、分散電源９を安定した状態で使用することができる。
また、制御回路を構成する第１～第４リレーＸ１～Ｘ４は、それぞれ１種類の電源により駆動されるため、複雑な電源回路を設けること無く切替制御を実施でき、安価な構成で停電時の切替制御を実施できる。

【符号の説明】

【0027】

１・・第１切替手段、２・・第２切替手段、３・・第１制御回路、４・・第２制御回路５・・タイマ、６・・商用電源、８・・蓄電池、９・・分散電源、１０・・負荷（特定負荷）、Ｘ１・・第１リレー、Ｘ２・・第２リレー、Ｘ３・・第３リレー、Ｘ４・・第４リレー、Ｔ１・・リレー（タイマリレー）、Ｍ１・・特定電路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】