JP7408482B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

本開示は、無停電電源装置に関する。

従来より、商用電源が停電した場合に蓄電装置より電力を負荷へ供給する無停電電源装置が知られている。この点で、蓄電装置は、負荷に対する停電補償の要求を満たすために大規模な蓄電池システムを形成する場合がある（特許文献１）。

特開２０１３－９７９２６号公報

この点で、従来においては、蓄電池モジュールの蓄電装置内への組み込みや定期交換作業は、１モジュールごとに実施しなければならなかった。また、組み込みや交換作業の接続の際には感電防止の安全配慮を十分に払う必要があった。

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、より安全に組み込みや交換作業が可能な蓄電装置を有する無停電電源装置を提供する。

ある局面に従う無停電電源装置は、商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、直流電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給する直流交流変換器と、直流交流変換器と並列に接続され、直流電圧を蓄電して、交流負荷に電力を供給するための蓄電装置とを備える。蓄電装置は、直流交流変換器の直流電圧の母線と接続され、配線径路が設定された蓄電装置本体と、蓄電装置本体内に挿入可能に設けられた少なくとも１つ以上の蓄電池ユニットとを含む。蓄電池ユニットは、少なくとも１つ以上の蓄電池モジュールと、蓄電池モジュールと蓄電装置本体側の配線接続に用いられる接続ユニットとを含む。接続ユニットは、絶縁されたハンドルと、ハンドルによるハンドル操作により移動可能に設けられ、蓄電池モジュールと蓄電装置本体側の配線との間で配線接続するプラグとを含む。

好ましくは、ハンドルを介してプラグを蓄電装置本体側のプラグ挿入口に内挿することにより、蓄電値モジュールと蓄電装置本体との配線接続が実行される。

好ましくは、接続ユニットは、側面側にスライド孔が設けられた筐体と、ハンドルとプラグとの間に設けられたガイド板と、スライド孔に支持され、ガイド板のハンドル操作を介してスライドするためのガイド軸とを含む。

好ましくは、スライド孔は、Ｌ字形状に形成されている。

一実施例によれば、無停電電源装置は、より安全に組み込みや交換作業が可能である。

実施形態に基づく無停電電源システム１の構成を説明する図である。 実施形態に従う蓄電装置３０を説明する図である。 実施形態に従う蓄電装置３０の配線接続を説明する図である。 実施形態に従う蓄電装置３０の外観構成について説明する図である。 実施形態に従う接続ユニット５４について説明する図である。 実施形態に従う接続ユニット５４と接続ユニット５８との接続の様子を説明する図である。

本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、実施形態に基づく無停電電源システム１の構成を説明する図である。図１に示されるように、無停電電源装置１０は、交流入力電源３および負荷２０に接続される。

交流入力電源３は、無停電電源装置１０に交流電力を供給する交流電源であり、例えば商用交流電源である。交流入力電源の一例として三相三線（３φ３Ｗ）式を示す。ただし、交流入力電源の種類は三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。

無停電電源装置１０は、コンバータ５と、蓄電装置３０と、インバータ７と、チョッパ回路６とを備える。コンバータ５と、インバータ７とは、交流入力電源３と負荷２０との間に直列に接続される。蓄電装置３０は、インバータ７と並列にチョッパ回路６を介してコンバータ５と接続される。コンバータ５は、交流入力電源３から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ７は、コンバータ５により変換された直流電圧を交流電圧に変換する。チョッパ回路６は、直流電圧の電圧レベルを変換して蓄電装置３０に供給する。

蓄電装置３０は、スイッチ３２と、２次電池を構成する複数の蓄電池ユニット４０とを含む。蓄電装置３０は、交流入力電源３が交流電圧を供給できないとき（たとえば停電時）において、インバータ７に直流電圧を供給するための装置である。なお、スイッチ３２は導通しており、コンバータ５から２次電池を構成する複数の蓄電池ユニット４０に対する充電が行われている。

交流入力電源３から交流電力を供給されている通常時には、コンバータ５およびチョッパ回路６によって生成された直流電圧が蓄電装置３０に蓄電されるとともに、チョッパ回路６およびインバータ７によって交流電圧に変換されて負荷２０に供給される。一方、交流入力電源３からの交流電圧の供給が停止した停電時にはコンバータ５の運転が停止され、蓄電装置３０に蓄えられた直流電圧がチョッパ回路６およびインバータ７によって交流電圧に変換されて負荷２０に供給される。したがって、無停電電源装置によれば、停電時によりコンバータ５が停止した場合であっても蓄電装置３０に蓄えられた電力を用いて負荷２０の運転を継続することができる。なお、本例においては、チョッパ回路６を設ける構成について説明しているが、コンバータ５、インバータ７で十分に昇降圧可能な場合にはチョッパ回路６を設けない構成ととすることも可能である。

図２は、実施形態に従う蓄電装置３０を説明する図である。図２に示されるように、蓄電装置３０は、正極側および負極側の母線３０Ｐおよび３０Ｎとそれぞれ接続されている。

母線３０Ｐおよび３０Ｎは、チョッパ回路６を介してコンバータ５の直流電圧の母線と接続される。蓄電装置３０は、１つの筐体内に制御回路３５と、スイッチ３２と、複数の蓄電池モジュール５０とを含む。一例として蓄電池モジュール５０は、１７個設けられる場合が示されている。なお、当該個数は調整することが可能である。

図３は、実施形態に従う蓄電装置３０の配線接続を説明する図である。図３に示されるように、少なくとも１つの蓄電池モジュール５０を含む複数の蓄電池ユニット４０が複数段に配置されている。本例においては７段配置されている場合が示されている。各蓄電池ユニット４０は直列に接続されている。一例として下の段から上の段に対して蓄電池ユニット４０－１～４０－７が設けられている場合が示されている。各蓄電池ユニット４０－１～４０－６は、３つの蓄電池モジュール５０を含む。蓄電池ユニット４０－７は、１つの蓄電池モジュール５０を含む。

制御回路３５からの制御信号が出力される制御線は、一点鎖線で示されており、蓄電池ユニット４０－１の蓄電池モジュール５０から順番に蓄電池ユニット４０－７の蓄電池モジュール５０まで順番に接続されている。電源線は、実線で示されており、母線３０Ｐと母線３０Ｎとの間に蓄電池ユニット４０－１の蓄電池モジュール５０から順番に蓄電池ユニット４０－７の蓄電池モジュール５０まで順番に接続されている。

蓄電池ユニット４０－１～４０－７は、蓄電装置３０の本体側と着脱可能に設けられている。蓄電池ユニット毎に交換可能に設けられているため蓄電池モジュールを１つずつ交換する場合に比べて交換作業を効率的に行うことが可能である。蓄電池ユニット４０は、２つの接続ユニット５２と、５４と、少なくとも１つ以上の蓄電池モジュール５０とを含む。

蓄電装置３０の本体側には、各段に対応して、蓄電池ユニット４０との接続のために用いられる接続ユニット５６と５８とが設けられている。本例においては、７段の蓄電池ユニット４０にそれぞれ対応して、各段に接続ユニット５６，５８が設けられている。蓄電池ユニット４０を挿入することにより、各段の蓄電池ユニット４０に対応する接続ユニット５２は、本体側の各段に対応する接続ユニット５６と接続される。同様に、各段の蓄電池ユニット４０に対応する接続ユニット５４は、本体側の各段に対応する接続ユニット５８と接続される。

本体側の接続ユニット５６，５８は、蓄電池ユニット４０の挿入前に予め配線径路が設定されている。上段の７段目の接続ユニット５６は、スイッチ３２を介して母線３０Ｐと接続される。７段目の接続ユニット５８は、６段目の接続ユニット５６と接続される。６段目の接続ユニット５８は、５段目の接続ユニット５６と接続される。５段目の接続ユニット５８は、４段目の接続ユニット５６と接続される。４段目の接続ユニット５８は、３段目の接続ユニット５６と接続される。３段目の接続ユニット５８は、２段目の接続ユニット５６と接続される。２段目の接続ユニット５８は、１段目の接続ユニット５６と接続される。１段目の接続ユニット５８は、母線３０Ｎと接続される。

本例においては、蓄電池ユニット４０を各段において挿入するとともに、所定の操作をすることにより本体側の接続ユニットと接続される。具体的には、蓄電池ユニット４０に設けられている接続ユニット５２，５４について所定の操作をすることにより接続ユニット同士が連結される。

図４は、実施形態に従う蓄電装置３０の外観構成について説明する図である。図４（Ａ）に示されるように蓄電池ユニット４０毎に蓄電装置３０の本体側に挿入される場合が示されている。なお、本例においては、蓄電池ユニット４０の配線接続については省略されている。図４（Ｂ）に示されるように、本例においては、１段目の蓄電池ユニット４０－１が挿入される場合が示されている。蓄電池ユニット４０には、図示しないが蓄電池モジュール５０側と接続ユニット５２，５４側との相対的な位置関係を調整可能なレールが設けられており、蓄電池モジュール５０側が本体側に近い側に配置されている。図４（Ｃ）および（Ｄ）には、蓄電池ユニット４０－１を拡大した場合が示されている。図４（Ｅ）には、蓄電池ユニット４０－１内の配線接続が示されている。なお、本例においては、レールにより蓄電池モジュール５０側と接続ユニット５２，５４側との相対的な位置関係を調整可能な場合が示されているが、当該レールが設けられない構成とすることも可能である。

図５は、実施形態に従う接続ユニット５４について説明する図である。図５（Ａ）および（Ｂ）は、所定の操作前の初期状態を示している。図５（Ｃ）および図５（Ｄ）は、所定の操作後の状態を示している。

図５（Ａ）に示されるように接続ユニット５４の正面視が示されている。接続ユニット５４は、接続ユニット５４の本体の筐体６０と、プラグ部６３とを含む。プラグ部６３は、絶縁されているハンドル６２と、持ち手であるハンドル６２を支持するガイド板６４と、ハンドル６２と反対側に設けられたプラグ７０と、ガイド板６４と連結されたガイド軸６８とを含む。プラグ７０は、蓄電池ユニット４０内の蓄電池モジュール５０の電源線と配線接続される。プラグ７０が図示しない接続ユニット５８のプラグ挿入口に挿入されることにより接続ユニット５４と接続ユニット５８とが電気的に接続される。本例に示されるように、接続ユニット５４の本体の筐体６０には、正面側に開口部が設けられているが、当該開口部を塞ぐようにガイド板６４が設けられている。ガイド板６４が筐体６０の正面側の開口部を塞ぐことにより筐体６０内部に設けられたプラグ７０に操作者が接触することを防止することが可能である。

接続ユニット５４の筐体６０の側面の両側にはスライド孔６６が設けられている。ガイド板６４はガイド軸６８と連結されており、ガイド軸６８は、スライド孔６６に支持されている。これにより、ガイド板６４は、ガイド軸６８を介してスライド孔６６に沿って移動可能に設けられている。本例においては、ガイド板６４にハンドル６２が設けられており、操作者がハンドル６２を操作することによりガイド板６４を移動させることが可能である。スライド孔は、Ｌ字形状である。

図５（Ｂ）に示されるように接続ユニット５８の背面側を見た場合が示されている。接続ユニット５４には、背面側に周囲が絶縁体で覆われた開口部６１が設けられている。開口部６１の形状は、プラグ７０の形状に合わせられており、開口部６１からプラグ７０を外側に突き出すことが可能に構成されている。

図５（Ｃ）に示されるようにハンドル６２を介してガイド板６４と連結されたガイド軸６８をスライド孔６６に沿ってＬ字形状の先端まで移動させる。図５（Ｄ）に示されるように、プラグ７０が開口部６１から突き出される。プラグ７０が開口部６１から突き出されることにより、本体側の接続ユニット５８のプラグ挿入口に挿入される。これにより接続ユニット５８と接続ユニット５４とが電気的に接続される。

図６は、実施形態に従う接続ユニット５４と接続ユニット５８との接続の様子を説明する図である。図６（Ａ）に示されるように接続ユニット５８の内部にはプラグ挿入口７２が設けられている。また、接続ユニット５８の周囲が絶縁体で覆われた開口部７１が設けられている。開口部７１の形状は、プラグ７０の形状に合わせられており、開口部７１からプラグ７０を内側に挿入することが可能に構成されている。

図６（Ｂ）に示されるように、ハンドル６２を介してガイド板６４を内部に移動させる。これにより、プラグ７０が開口部６１から突き出されて、接続ユニット８４の開口部７１を介してプラグ挿入口７２と組み合わせられる。すなわち、プラグ７０とプラグ挿入口７２とが嵌合される。これにより、電流径路が形成される。

当該構成の場合には、接続ユニット５４と接続ユニット５８との接続前において、プラグ７０は、接続ユニット５４の内部に配置されている。したがって、操作者は電流径路となるプラグ７０に接触することはできない。また、接続ユニット５８のプラグ挿入口７２も接続ユニット５８の内部に配置されている。したがって、操作者は電流径路となるプラグ挿入口７２に接触することはできない。それゆえ、接続ユニット５４と接続ユニット５８との接続前において、操作者は、電流径路となるプラグ７０およびプラグ挿入口７２のいずれにも接触することはできないため感電を確実に防止することが可能である。

また、本例においては、スライド孔６６はＬ字形状に形成されており、ガイド軸６８が初期位置の場合にはハンドル６２を介してプラグ７０を開口部６１側に移動させることはできない。Ｌ字形状のスライド孔６６に沿って一度ハンドル６２を介してガイド板６４を持ち上げて開口部６１側に移動させることが必要である。これによりプラグ７０を誤操作によりプラグ挿入口に挿入することを抑制することが可能である。なお、本例においては、Ｌ字形状のスライド孔を設ける構成について説明したが、これに限られず他の形状とすることも可能である。

本例においては、接続ユニット５４と接続ユニット５８との接続について説明したが、接続ユニット５２と接続ユニット５６との接続についても同様である。なお、本例においては、蓄電池ユニット４０の両側に２つの接続ユニット５２，５４を設ける構成について説明したが、いずれか１つとすることも可能である。実施形態の構成により、複数の蓄電池モジュール５０を１つの蓄電池ユニット４０として装着可能であるため組み込みや定期交換作業を簡易に実行することが可能である。また、電流径路となる接続ユニット５４のプラグ７０および接続ユニット５８のプラグ挿入口７２に接触することなく互いに接続することが可能であるため感電を確実に防止することが可能である。すなわち、より安全に組み込みや交換作業が可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 無停電電源システム、２ 発電機、３ 交流入力電源、４ コントローラ、５ コンバータ、６ チョッパ回路、７ インバータ、１０ 無停電電源装置、２０ 負荷、３０ 蓄電装置、３２ スイッチ、３５ 制御回路、４０ 蓄電池ユニット、５０ 蓄電池モジュール、５２，５４，５６，５８ 接続ユニット。

Claims (4)

1. 商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、
   前記直流電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給する直流交流変換器と、
   前記直流交流変換器と並列に接続され、前記直流電圧を蓄電して、前記交流負荷に電力を供給するための蓄電装置とを備え、
   前記蓄電装置は、
   前記直流交流変換器の直流電圧の母線と接続され、配線径路が設定された蓄電装置本体と、
   前記蓄電装置本体内に挿入可能に設けられた少なくとも１つ以上の蓄電池ユニットとを含み、
   前記蓄電池ユニットは、
   少なくとも１つ以上の蓄電池モジュールと、
   前記蓄電池モジュールと前記蓄電装置本体側の配線接続に用いられる接続ユニットとを含み、
   前記接続ユニットは、
   絶縁されたハンドルと、
   前記ハンドルによるハンドル操作により移動可能に設けられ、前記蓄電池モジュールと前記蓄電装置本体側の配線との間で配線接続するプラグとを含む、無停電電源装置。
2. 前記ハンドルを介して前記プラグを前記蓄電装置本体側のプラグ挿入口に内挿することにより、前記蓄電池モジュールと前記蓄電装置本体との配線接続が実行される、請求項１記載の無停電電源装置。
3. 前記接続ユニットは、
   側面側にスライド孔が設けられた筐体と、
   前記ハンドルと前記プラグとの間に設けられたガイド板と、
   前記スライド孔に支持され、前記ガイド板の前記ハンドル操作を介してスライドするためのガイド軸とを含む、請求項１記載の無停電電源装置。
4. 前記スライド孔は、Ｌ字形状に形成されている、請求項３記載の無停電電源装置。

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