特許 7377735 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

【ＦＩ】

H02J9/06

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020027413

(22)【出願日】2020-02-20

(65)【公開番号】P2021132495

(43)【公開日】2021-09-09

【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】国際公開第２０１７／１６３６２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１３１４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１８５９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ９／０６

(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切替手段及び前記第２切替手段の切り替えを制御する切替制御部と、を有する停電時電源切替システムであって、
前記切替制御部は、前記第１切替手段の出力側から電源の供給を受ける第１電源部と、前記商用電源の電圧を監視する商用電源電圧計測部を有し、
前記商用電源の停電を検出したら前記第１切替手段を他の電源に切り替えると共に、前記他の電源が前記蓄電池となるよう前記第２切替手段を切替制御し、
その後所定時間が経過しても前記商用電源が復電しなければ、前記第２切替手段を切替制御して前記他の電源を分散電源に切り替えることを特徴とする停電時電源切替システム。

【請求項2】

前記切替制御部はバッテリから成る第２電源部を具備し、前記第１切替手段の出力側で停電が発生したら、その間前記第２電源部を電源として制御を継続す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】

前記商用電源により駆動する第１リレー、前記他の電源により駆動する第２リレー、前記蓄電池により駆動する第３リレー、そして前記分散電源により駆動する第４リレーを有し、
前記切替制御部は、前記第１～４リレーを操作して前記第１切替手段及び前記第２切替手段を制御す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１切替手段に前記商用電源が接続される第１ラインには、前記第１リレーのａ接点が介在されると共に、前記第１切替手段に前記他の電源が入力される第２ラインには、前記第２リレーのａ接点が介在され、
前記商用電源を前記特定負荷に接続する前記第１切替手段の接点部は、前記第１リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作し、
前記他の電源を前記特定負荷に接続する前記第１切替手段の接点部は、前記第２リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作することを特徴とする請求項３に記載の停電時電源切替システム。

【請求項5】

前記第２切替手段に前記蓄電池が接続される第３ラインには、前記第３リレーのａ接点接点が介在されると共に、前記第２切替手段に前記分散電源が接続される第４ラインには、前記第４リレーのａ接点が介在され、
前記蓄電池を前記第１切替手段に接続する前記第２切替手段の接点部は、前記第３リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作し、
前記分散電源を前記第１切替手段に接続する前記第２切替手段の接点部は、前記第４リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作することを特徴とする請求項３又は４記載の停電時電源切替システム。

【請求項6】

前記切替制御部は、前記蓄電池の電圧を監視する蓄電池電圧計測部、前記分散電源の電圧を監視する分散電源電圧計測部を有し、
前記所定時間が経過する前に前記蓄電池の電圧が低下し、且つ前記分散電源の電圧が十分である場合は、前記他の電源を分散電源に切り替えることを特徴とする請求項１乃至５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際に、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切替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切替手段及び第２切替手段の切り替えを制御する切替制御部と、を有する停電時電源切替システムであって、切替制御部は、第１切替手段の出力側から電源の供給を受ける第１電源部と、商用電源の電圧を監視する商用電源電圧計測部を有し、商用電源の停電を検出したら第１切替手段を他の電源に切り替えると共に、他の電源が蓄電池となるよう第２切替手段を切替制御し、その後所定時間が経過しても商用電源が復電しなければ、第２切替手段を切替制御して他の電源を分散電源に切り替えることを特徴とする。
この構成によれば、切替制御部の電源は第１切替手段の出力側から供給されるため、商用電源が停電しても他の電源から切替制御部に電源供給でき、制御動作を継続させることができる。そして、１カ所のみからの電源供給で済むため、電源回路は簡易な構成で済む。また、商用電源の停電が所定時間継続したら蓄電池から分散電源に切り替わるため、蓄電池が電力を供給可能な状態を維持することができ、緊急時に引き続き蓄電池を利用できる。

【0007】

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、切替制御部はバッテリから成る第２電源部を具備し、第１切替手段の出力側で停電が発生したら、その間第２電源部を電源として制御を継続することを特徴とする。
この構成によれば、切替制御部には第１切替手段の出力側に接続された第１電源部に加えて、バッテリから成る第２電源部からも電源供給が成されるため、特定負荷の電源を切り替える際に第１切替手段の出力側に切替に伴う停電が発生したとしても、その間第２電源部により切替制御部に電源を供給でき、良好な制御を実施できる。

【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、商用電源により駆動する第１リレー、他の電源により駆動する第２リレー、蓄電池により駆動する第３リレー、そして分散電源により駆動する第４リレーを有し、切替制御部は、第１～４リレーを操作して第１切替手段及び第２切替手段を制御することを特徴とする。
この構成によれば、リレー動作により電源切替を実施するため、安定した制御を実施できるしメンテナンスし易い。

【0009】

請求項４の発明は、請求項３に記載の構成において、第１切替手段に商用電源が接続される第１ラインには、第１リレーのａ接点が介在されると共に、第１切替手段に他の電源が入力される第２ラインには、第２リレーのａ接点が介在され、商用電源を特定負荷に接続する第１切替手段の接点部は、第１リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作し、他の電源を特定負荷に接続する第１切替手段の接点部は、第２リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作することを特徴とする。
この構成によれば、電源が供給されていない電路に第１切替手段が切り替わることが無く、特定負荷の安定動作に有効である。

【0010】

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの記載において、第２切替手段に蓄電池が接続される第３ラインには、第３リレーのａ接点接点が介在されると共に、第２切替手段に分散電源が接続される第４ラインには、第４リレーのａ接点が介在され、蓄電池を第１切替手段に接続する第２切替手段の接点部は、第３リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作し、分散電源を第１切替手段に接続する第２切替手段の接点部は、第４リレーのａ接点に連動してオン／オフ動作することを特徴とする。
この構成によれば、電源が供給されていない電路に第２切替手段が切り替わることが無く、特定負荷の安定動作に有効である。

【0011】

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の構成において、切替制御部は、蓄電池の電圧を監視する蓄電池電圧計測部、分散電源の電圧を監視する分散電源電圧計測部を有し、所定時間が経過する前に蓄電池の電圧が低下し、且つ分散電源の電圧が十分である場合は、他の電源を分散電源に切り替えることを特徴とする。
この構成によれば、電源の状況に応じて他の電源を切り替えることができ、特定負荷が停止し難い。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、切替制御部の電源は第１切替手段の出力側から供給されるため、商用電源が停電しても他の電源から切替制御部に電源供給でき、制御動作を継続させることができる。そして、１カ所のみからの電源供給で済むため、電源回路は簡易な構成で済む。また、商用電源の停電が所定時間継続したら蓄電池から分散電源に切り替わるため、蓄電池が電力を供給可能な状態を維持することができ、緊急時に引き続き蓄電池を利用できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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リレー及び第２リレーの接続説明図である。

【図5】第３瑠れー及び第４リレーの接続説明図である。

【図6】各電源の状態を受けて制御されるリレーの動作一覧である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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は商用電源、２は蓄電池、３は分散電源、４は特定負荷としての負荷、５は負荷４の電源を切り替える第１切替手段、６は同様に負荷４の電源を切り替える第２切替手段、７は第１切替手段５及び第２切替手段６を制御する切替制御部としての制御ユニットである。

【0015】

第１切替手段５は、入力側に第１電源入力部５ａと第２電源入力部５ｂとを有し、出力側に切替出力部５ｃとを有している。第１電源入力部５ａには商用電源１が接続されている。第２電源入力部５ｂは他の電源入力部であり、第２切替手段６の出力側が接続されている。そして、内部に第１電源入力部５ａと切替出力部５ｃとの接続をオン／オフする第１接点部ＡＸ１と、第２電源入力部５ｂと切替出力部５ｃとの接続をオン／オフする第２接点部ＡＸ２とを備えている。
負荷４は、特定電路Ｍ５により第１切替手段５の切替出力部５ｃに接続されている。

【0016】

第２切替手段６は、入力側に第３電源入力部６ａと第４電源入力部６ｂと切替出力部６ｃとを有し、切替出力部６ｃは第１切替手段５の第２電源入力部５ｂに接続されている。第３電源入力部６ａには蓄電池２、第４電源入力部６ｂには分散電源３が接続されている。そして、内部に第３電源入力部６ａと切替出力部６ｃとの接続をオン／オフする第３接点部ＡＸ３と、第４電源入力部６ｂと切替出力部６ｃとの接続をオン／オフする第４接点部ＡＸ４とを備えている。
尚、ここで分散電源３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。

【0017】

また、商用電源１が接続されている第１ラインＭ１には第１リレーＸ１が配置され、第1リレーＸ１は商用電源１により駆動する。他の電源が入力される第２ラインＭ２には第２リレーＸ２が配置され、第２リレーＸ２は他の電源により駆動する。更に、蓄電池２が接続されている第３ラインＭ３には第３リレーＸ３が配置され、第３リレーＸ３は蓄電池２により駆動する。分散電源３が接続されている第４ラインＭ４には第４リレーＸ４が配置され、第４リレーＸ４は分散電源３により駆動する。

【0018】

尚、第１ラインＭ１には第１リレーＸ１のａ接点が介在され、第２ラインＭ２には第２リレーのａ接点が介在され、第３ラインＭ３には第３リレーＸ３のａ接点が介在され、第４ラインＭ４には第４リレーＸ４のａ接点が介在されている。そして、第１～第４リレーＸ１～Ｘ４は制御ユニット７の制御でオン／オフする。また後述するように、第１切替手段５、第２切替手段６は、これら接点の動作に連動して切替動作する。

【0019】

このように、第１～第４ラインＭ１～Ｍ４に第１～第４リレーＸ１～Ｘ４をそれぞれ配置し、各ラインＭ１～Ｍ４が接続されている切替手段５，６内の接点ＡＸ１～ＡＸ４がこれらのリレーＸ１～Ｘ４の動作を受けてオン／オフ動作することで、電源が供給されていない電路に第１切替手段或いは第２切替手段が切り替わることが無く、特定負荷の安定動作に有効である。

【0020】

制御ユニット７は、商用電源１の電圧を計測する商用電源電圧計測部７１、蓄電池２の電圧を計測する蓄電池電圧計測部７２、分散電源３の電圧を計測する分散電源電圧計測部７３、４つのリレー制御部７４（第１リレー制御部７４ａ、第２リレー制御部７４ｂ、第３リレー制御部７４ｃ、第４リレー制御部７４ｄ）、電源の切替制御を行うと共に制御ユニット７全体を制御する制御部７５、第１電源部７６ａ、第２電源部７６ｂ、所定時間をカウントするタイマＴ１等を備えている。
第１電源部７６ａは、負荷４が接続された特定電路Ｍ５から供給された電力で制御ユニット７の電源を生成する。また、第２電源部７６ｂはバッテリであり、第１電源部７６ａにより充電される。

【0021】

図２は第１切替手段５の説明図、図３は第２切替手段６の説明図である。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線式電路であり、第１コイルＸＸ１は第１電源入力部５ａの一方の電圧線Ｌ１と中性線Ｎとの間に配置され、第２コイルＸＸ２は第２電源入力部５ｂ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コイルＸＸ３は第３電源入力部６ａの一方の電圧線Ｌ１と中性線Ｎとの間に配置され、第４コイルＸＸ４は第４電源入力部６ｂの一方の電圧線Ｌ１と中性線Ｎとの間に配置されている。

【0022】

更に、図２，３に示すように第１接点部ＡＸ１は第１コイルＸＸ１により開閉操作され、第２接点部ＡＸ２は第２コイルＸＸ２に開閉操作され、第３接点部ＡＸ３は第３コイルＸＸ３に開閉操作され、第４接点部ＡＸ４は第４コイルＸＸ４に開閉操作される。

そして、第１コイルＸＸ１は第１リレーＸ１のａ接点に連動して開閉動作し、第２コイルＸＸ２は第２リレーＸ２のａ接点に連動して開閉動作する。また、第３コイルＸＸ３は第３リレーＸ３のａ接点に連動して開閉動作し、第４リレーＸＸ４は第４リレーＸ４のａ接点に連動して開閉動作するよう構成されている。

【0023】

図４は第１リレーＸ１、第２リレーＸ２の構成例を示し、図５は第３リレーＸ３、第４リレーＸ４の構成例を示し、単相３線式電路における接続を示している。図４，５に示すように、第１切替手段５に対して設けられた第１リレーＸ１、第２リレーＸ２、そして第２切替手段６に対して設けられた第３リレーＸ３、第４リレーＸ４は、一方の電圧線Ｌ１のみに接点を配置した構成となっている。

【0024】

図６は、制御ユニット７の制御によるリレーＸ１～Ｘ４の動作と、負荷４が接続される電源の一覧を示し、電源と負荷４の接続関係を示している。以下、図６を参照して停電時切替動作を具体的に説明する。
まず、商用電源１が通電状態にあるＥ１の状態を説明する。この場合、蓄電池２或いは分散電源３が稼働状態にあると、商用電源１に限定されず蓄電池２或いは分散電源３が負荷４に供給される可能性がある。しかしながら、制御部７５は、商用電源１が通電されている限り、第１リレーＸ１をオン、第２リレーＸ２をオフとし、商用電源１を負荷４に供給し、蓄電池２或いは分散電源３が起動したとしても第１切替手段５及び第２切替手段６を切り替え制御しない。

【0025】

その後、商用電源１が停電した直後のＥ２の状態では、制御部７５は蓄電池電圧計測部７２の情報を基に蓄電池２の電圧を監視し、電力供給可能な状態にあれば分散電源３の状態に関わらず蓄電池２の電力を負荷４に供給する。そして、商用電源１の停電発生と共にタイマＴ１による所定時間（ここでは３０分）のカウントをスタートさせ、カウントアップするまで、この状態を継続させる。
但し、蓄電池２の電圧が低下して電力供給能力が無いと判断したら、分散電源３に切り替えるし、途中商用電源１が復電したら、それを検知して電源を商用電源１に切り替える。

【0026】

そして、タイマＴ１がカウントアップしたら、即ち商用電源１が停電して３０分が経過したら（Ｅ３の状態）、負荷４の電源を分散電源３に切り替える。但し、分散電源電圧計測部７３の情報から分散電源３の電圧が低下し、電力供給能力が無いと判断したら蓄電池２に再度切り替えて電力が供給される。尚、この間に、商用電源１が復電したら商用電源１に切り替わる。
このように、商用電源１が復電するまで負荷４が可能な限り稼働するよう制御が成される。

【0027】

こうして、商用電源１が印加されている状態では、第１接点部ＡＸ１がオン、第２接点部ＡＸ２がオフ状態となり、負荷４に商用電源１が供給される。また、商用電源１が停電すると、第１接点部ＡＸ１がオフ、第２接点部ＡＸ２がオンして蓄電池２或いは分散電源３に切り替わって負荷４に電源が供給される。

【0028】

尚、電源の切替制御の際に負荷４が接続された特定電路Ｍ５に停電が発生する場合があるが、第２電源部７６ｂのバッテリの電力により、制御ユニット７は引き続き制御を実施する。

【0029】

このように、制御ユニット７の電源は負荷４と共通の第１切替手段５の出力側から供給されるため、商用電源１が停電しても他の電源から制御ユニット７に電源供給でき、制御動作を継続させることができる。そして、制御ユニット７の電源供給は１カ所のみからの電源回路で済むため、簡易な構成で済む。
また、停電後３０分が経過したら蓄電池２から分散電源３に切り替えるため、蓄電池２が電力を供給可能な状態をその後も維持することが可能で、緊急時に引き続き蓄電池２を利用できる。
加えて、蓄電池２が電力を供給している状態であっても、蓄電池２の電圧が低下したら、経過時間に関わらず分散電源３に切り替えるため、負荷４は停止し難い。
更に、制御ユニット７には第１切替手段５の出力側に接続された第１電源部７６ａに加えて、バッテリから成る第２電源部７６ｂからも電源供給が成されるため、負荷４の電源を切り替える際に第１切替手段５の出力側に停電等が発生したとしても、その間第２電源部７６ｂにより制御ユニット７に電源を供給でき、良好な制御を実施できる。

【0030】

尚、上記実施形態では、蓄電池２による電源供給を３０分としているが、この時間は蓄電池２の充電容量と負荷４の消費電力を鑑みて設定すれば良い。

【符号の説明】

【0031】

１・・商用電源、２・・蓄電池、３・・分散電源、４・・負荷（特定負荷）、５・・第１切替手段、６・・第２切替手段、７・・制御ユニット（切替制御部）、７１・・商用電源電圧計測部、７２・・蓄電池電圧計測部、７３・・分散電源電圧計測部、７４・・リレー制御部、７５・・制御部、７６ａ・・第１電源部、７６ｂ・・第２電源部、Ｔ１・・タイマ、ＡＸ１・・第１接点部、ＡＸ２・・第２接点部、ＡＸ３・・第３接点部、ＡＸ４・・第４接点部、Ｍ１・・第１ライン、Ｍ２・・第２ライン、Ｍ３・・第３ライン、Ｍ４・・第４ライン、Ｘ１・・第１リレー、Ｘ２・・第２リレー、Ｘ３・・第３リレー、Ｘ４・・第４リレー。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】