JP2001231176A - 燃料電池電源装置 - Google Patents
燃料電池電源装置Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 負荷へ供給する電力の品質低下および燃料電
池の特性低下を防ぐと共に、安定した電力供給が可能な
燃料電池電源装置を提供する。 【解決手段】 燃料電池１には直流−直流変換器６が接
続されている。この直流−直流変換器６は、通常の運転
状態で負荷が必要とする通常必要電力よりも大きな一定
値を出力するように構成されている。また、直流−直流
変換器６の出力側には直流−直流変換器６の出力電流を
計測する電流計測器９および出力電力を計測する電力計
測器１１が接続されている。
池の特性低下を防ぐと共に、安定した電力供給が可能な
燃料電池電源装置を提供する。 【解決手段】 燃料電池１には直流−直流変換器６が接
続されている。この直流−直流変換器６は、通常の運転
状態で負荷が必要とする通常必要電力よりも大きな一定
値を出力するように構成されている。また、直流−直流
変換器６の出力側には直流−直流変換器６の出力電流を
計測する電流計測器９および出力電力を計測する電力計
測器１１が接続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池および直
流蓄電装置を備えた燃料電池電源装置に係り、特に、燃
料電池からの直流電力の電圧を調節する直流−直流変換
器を有する燃料電池電源装置に関するものである。
流蓄電装置を備えた燃料電池電源装置に係り、特に、燃
料電池からの直流電力の電圧を調節する直流−直流変換
器を有する燃料電池電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、燃料電池と直流蓄電装置とを
直流電源として備え、両者を併用して負荷に電力を供給
する燃料電池電源装置が提案されている。図５は例えば
特開平１−２３４０２４号公報に示された従来の燃料電
池電源装置の構成図である。１は燃料ガスと酸化剤ガス
の電気化学反応により直流電力を発生させる燃料電池、
２はバッテリーまたはコンデンサーから成り直流電力を
蓄える直流蓄電装置、３は直流電力を交流電力に変換し
負荷４へ電力を供給する電力供給装置である。これらの
部材１、２、３は全て直流母線５により接続されてい
る。
直流電源として備え、両者を併用して負荷に電力を供給
する燃料電池電源装置が提案されている。図５は例えば
特開平１−２３４０２４号公報に示された従来の燃料電
池電源装置の構成図である。１は燃料ガスと酸化剤ガス
の電気化学反応により直流電力を発生させる燃料電池、
２はバッテリーまたはコンデンサーから成り直流電力を
蓄える直流蓄電装置、３は直流電力を交流電力に変換し
負荷４へ電力を供給する電力供給装置である。これらの
部材１、２、３は全て直流母線５により接続されてい
る。
【０００３】このような燃料電池電源装置によれば、負
荷４が小さいときには、燃料電池１が負荷４に対して電
力を供給すると同時に余剰分を直流蓄電装置２に蓄電す
る。一方、負荷４が大きくなった場合には、直流蓄電装
置２からも負荷４へ電力を供給し、負荷４への電力供給
を補償することができる。
荷４が小さいときには、燃料電池１が負荷４に対して電
力を供給すると同時に余剰分を直流蓄電装置２に蓄電す
る。一方、負荷４が大きくなった場合には、直流蓄電装
置２からも負荷４へ電力を供給し、負荷４への電力供給
を補償することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
燃料電池電源装置においては、負荷４が燃料電池１の出
力よりも大きければ直流蓄電装置２が負荷４に電力を供
給するため、直流蓄電装置２の残存容量が徐々に低下す
る。そして、負荷４の大きい状態が長時間継続すると、
燃料電池１から直流蓄電装置２への充電が行われないの
で、直流蓄電装置２の残存容量を回復することができ
ず、負荷４への電力供給が不足することとなる。このよ
うな状態では、負荷４へ供給する電力の電圧低下などの
電力品質の低下が生じた。また、接続されている負荷４
に悪い影響を及ぼしかねない。さらに、燃料電池１は過
負荷状態となり、燃料電池１が発生される直流電力の電
圧が低くなるといった燃料電池の特性低下を招いてい
た。
燃料電池電源装置においては、負荷４が燃料電池１の出
力よりも大きければ直流蓄電装置２が負荷４に電力を供
給するため、直流蓄電装置２の残存容量が徐々に低下す
る。そして、負荷４の大きい状態が長時間継続すると、
燃料電池１から直流蓄電装置２への充電が行われないの
で、直流蓄電装置２の残存容量を回復することができ
ず、負荷４への電力供給が不足することとなる。このよ
うな状態では、負荷４へ供給する電力の電圧低下などの
電力品質の低下が生じた。また、接続されている負荷４
に悪い影響を及ぼしかねない。さらに、燃料電池１は過
負荷状態となり、燃料電池１が発生される直流電力の電
圧が低くなるといった燃料電池の特性低下を招いてい
た。
【０００５】一方、負荷４が燃料電池１の出力よりも小
さいと、余剰分を直流蓄電装置２に蓄電するが、この状
態が長く続くと、直流蓄電装置２が飽和状態となり、蓄
電特性が低下するおそれがあった。また、負荷４が燃料
電池１の出力よりも小さい状態が長く続く場合、直流母
線５の電圧が過度に上昇して直流母線５に接続される機
器の性能劣化を引き起こす要因となっていた。
さいと、余剰分を直流蓄電装置２に蓄電するが、この状
態が長く続くと、直流蓄電装置２が飽和状態となり、蓄
電特性が低下するおそれがあった。また、負荷４が燃料
電池１の出力よりも小さい状態が長く続く場合、直流母
線５の電圧が過度に上昇して直流母線５に接続される機
器の性能劣化を引き起こす要因となっていた。
【０００６】本発明は、以上の問題点を解決するために
提案されたものであり、その主たる目的は、負荷へ供給
する電力の品質低下および燃料電池の特性低下を防ぐと
共に、安定した電力供給が可能な燃料電池電源装置を提
供することにある。本発明の他の目的は、直流母線に接
続される機器の性能劣化および直流蓄電装置の蓄電特性
低下を防止する優れた燃料電池電源装置を提供すること
にある。
提案されたものであり、その主たる目的は、負荷へ供給
する電力の品質低下および燃料電池の特性低下を防ぐと
共に、安定した電力供給が可能な燃料電池電源装置を提
供することにある。本発明の他の目的は、直流母線に接
続される機器の性能劣化および直流蓄電装置の蓄電特性
低下を防止する優れた燃料電池電源装置を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により直流電
力を発生させる燃料電池と、前記直流電力の電圧を調節
する直流−直流変換器と、前記直流電力を蓄える直流蓄
電装置と、前記直流電力を交流電力に変換して負荷に供
給する電力供給装置と、それらを全て接続する直流母線
とが設けられた燃料電池電源装置において、次のような
技術的な特徴を有している。
に、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により直流電
力を発生させる燃料電池と、前記直流電力の電圧を調節
する直流−直流変換器と、前記直流電力を蓄える直流蓄
電装置と、前記直流電力を交流電力に変換して負荷に供
給する電力供給装置と、それらを全て接続する直流母線
とが設けられた燃料電池電源装置において、次のような
技術的な特徴を有している。
【０００８】請求項１の発明は、前記直流−直流変換器
は、通常の運転状態で負荷が必要とする通常必要電力よ
りも大きな一定値を出力するように構成されたことを特
徴とするものである。
は、通常の運転状態で負荷が必要とする通常必要電力よ
りも大きな一定値を出力するように構成されたことを特
徴とするものである。
【０００９】以上の請求項１の発明によれば、直流−直
流変換器の出力設定値を、負荷の通常必要電力よりも大
きな値としたので、負荷が通常の場合には直流母線の電
圧が上昇して電力余剰状態となる。そのため、直流蓄電
装置は蓄電状態となり、直流蓄電装置の残存容量が不足
することがない。一方、負荷の変動により負荷が燃料電
池の出力を上回った場合には、直流母線の電圧が低下
し、残存容量が十分な直流蓄電装置から不足電力分を確
実に負荷に供給する。その結果、負荷の大小に関係な
く、安定した電力を負荷に供給することができる。ま
た、直流−直流変換器の出力値が一定であるため、燃料
電池の出力を一定とすることが可能となり、過負荷によ
る燃料電池の電圧低下などの特性低下を防ぐことができ
る。
流変換器の出力設定値を、負荷の通常必要電力よりも大
きな値としたので、負荷が通常の場合には直流母線の電
圧が上昇して電力余剰状態となる。そのため、直流蓄電
装置は蓄電状態となり、直流蓄電装置の残存容量が不足
することがない。一方、負荷の変動により負荷が燃料電
池の出力を上回った場合には、直流母線の電圧が低下
し、残存容量が十分な直流蓄電装置から不足電力分を確
実に負荷に供給する。その結果、負荷の大小に関係な
く、安定した電力を負荷に供給することができる。ま
た、直流−直流変換器の出力値が一定であるため、燃料
電池の出力を一定とすることが可能となり、過負荷によ
る燃料電池の電圧低下などの特性低下を防ぐことができ
る。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電
池電源装置において、前記直流蓄電装置には該直流蓄電
装置の充電電力を計測する充電電力計測器が接続され、
前記直流−直流変換器は、負荷の増加状態が所定の時間
以上継続した場合に、前記負荷の通常必要電力に前記充
電電力を加えた値を出力するように構成されたことを特
徴としている。
池電源装置において、前記直流蓄電装置には該直流蓄電
装置の充電電力を計測する充電電力計測器が接続され、
前記直流−直流変換器は、負荷の増加状態が所定の時間
以上継続した場合に、前記負荷の通常必要電力に前記充
電電力を加えた値を出力するように構成されたことを特
徴としている。
【００１１】以上の請求項２の発明では、充電電力計測
器が直流蓄電装置の充電電力を計測し、負荷の増加状態
が所定の時間以上継続した場合に、直流−直流変換器の
出力設定値として負荷の通常必要電力に直流蓄電装置へ
の充電電力を加えた値を用いている。そのため、負荷の
増加が続いても直流蓄電装置は充電状態を維持すること
ができ、残存容量の不足を解消することができる。
器が直流蓄電装置の充電電力を計測し、負荷の増加状態
が所定の時間以上継続した場合に、直流−直流変換器の
出力設定値として負荷の通常必要電力に直流蓄電装置へ
の充電電力を加えた値を用いている。そのため、負荷の
増加が続いても直流蓄電装置は充電状態を維持すること
ができ、残存容量の不足を解消することができる。
【００１２】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の燃料電池電源装置において、前記直流母線には該直流
母線の電圧を計測する電圧計測器が接続され、前記直流
−直流変換器は、前記直流母線の電圧が前記直流母線に
接続される機器の上限値を逸脱する場合に、前記負荷の
通常必要電力よりも小さい値を出力するように構成され
たことを特徴とする。
の燃料電池電源装置において、前記直流母線には該直流
母線の電圧を計測する電圧計測器が接続され、前記直流
−直流変換器は、前記直流母線の電圧が前記直流母線に
接続される機器の上限値を逸脱する場合に、前記負荷の
通常必要電力よりも小さい値を出力するように構成され
たことを特徴とする。
【００１３】以上の請求項３の発明では、負荷の変動に
より負荷が燃料電池の出力を下回った場合に、直流母線
の電圧が上昇するが、このとき、電圧計測器が直流母線
の電圧を計測しており、直流母線の電圧が直流母線に接
続される機器の上限値を逸脱すると、直流−直流変換器
は負荷の通常必要電力よりも小さい値を出力する。この
ため、直流蓄電装置は放電状態となり、直流母線の電圧
が下がって直流母線に接続される機器の性能劣化を防ぐ
ことができる。
より負荷が燃料電池の出力を下回った場合に、直流母線
の電圧が上昇するが、このとき、電圧計測器が直流母線
の電圧を計測しており、直流母線の電圧が直流母線に接
続される機器の上限値を逸脱すると、直流−直流変換器
は負荷の通常必要電力よりも小さい値を出力する。この
ため、直流蓄電装置は放電状態となり、直流母線の電圧
が下がって直流母線に接続される機器の性能劣化を防ぐ
ことができる。
【００１４】請求項４の発明は、請求項１、２または３
記載の燃料電池電源装置において、前記直流蓄電装置に
は該直流蓄電装置の充電電流を計測する充電電流計測器
が接続され、前記直流−直流変換器は、前記充電電流が
前記直流蓄電装置の充電電流の上限値を逸脱する場合
に、前記負荷の通常必要電力よりも小さい値を出力する
ように構成されたことを特徴とする。
記載の燃料電池電源装置において、前記直流蓄電装置に
は該直流蓄電装置の充電電流を計測する充電電流計測器
が接続され、前記直流−直流変換器は、前記充電電流が
前記直流蓄電装置の充電電流の上限値を逸脱する場合
に、前記負荷の通常必要電力よりも小さい値を出力する
ように構成されたことを特徴とする。
【００１５】以上の請求項４の発明では、負荷の変動に
より負荷が燃料電池の出力を下回ると、直流母線の電圧
が上昇して直流蓄電装置の充電電流が増加する。このと
き、充電電流計測器が直流蓄電装置の充電電流を計測し
ており、充電電流が直流蓄電装置の充電電流の上限値を
逸脱する場合には、直流−直流変換器は負荷の通常必要
電力よりも小さい値を出力する。したがって、直流蓄電
装置への充電電流を減少させることができ、直流蓄電装
置の特性低下を防止することができる。
より負荷が燃料電池の出力を下回ると、直流母線の電圧
が上昇して直流蓄電装置の充電電流が増加する。このと
き、充電電流計測器が直流蓄電装置の充電電流を計測し
ており、充電電流が直流蓄電装置の充電電流の上限値を
逸脱する場合には、直流−直流変換器は負荷の通常必要
電力よりも小さい値を出力する。したがって、直流蓄電
装置への充電電流を減少させることができ、直流蓄電装
置の特性低下を防止することができる。
【００１６】請求項５の発明は、請求項１、２、３また
は４記載の燃料電池電源装置において、前記直流−直流
変換器の出力を変化させる場合、その出力変化率を制限
させる変化率制限手段が設けられたことを特徴とする。
は４記載の燃料電池電源装置において、前記直流−直流
変換器の出力を変化させる場合、その出力変化率を制限
させる変化率制限手段が設けられたことを特徴とする。
【００１７】以上の請求項５の発明では、変化率制限手
段により直流−直流変換器の出力値を緩やかに変化させ
ることができる。そのため、直流−直流変換器の出力を
変化させる場合でも燃料電池の出力変化は緩やかとな
り、燃料電池の電圧低下など特性低下を防ぐことができ
る。また、燃料電池の運転が安定したものとなり、安定
した電力供給が可能となる。
段により直流−直流変換器の出力値を緩やかに変化させ
ることができる。そのため、直流−直流変換器の出力を
変化させる場合でも燃料電池の出力変化は緩やかとな
り、燃料電池の電圧低下など特性低下を防ぐことができ
る。また、燃料電池の運転が安定したものとなり、安定
した電力供給が可能となる。
【００１８】請求項６の発明は、前記直流−直流変換器
は、前記燃料電池の発電出力の最大値を出力するように
構成され、前記直流母線には交流系統と電力の授受する
直流−交流双方向変換器が接続され、この直流−交流双
方向変換器は、前記直流母線の電圧を一定とするように
構成されたことを特徴とする。
は、前記燃料電池の発電出力の最大値を出力するように
構成され、前記直流母線には交流系統と電力の授受する
直流−交流双方向変換器が接続され、この直流−交流双
方向変換器は、前記直流母線の電圧を一定とするように
構成されたことを特徴とする。
【００１９】以上の請求項６の発明では、直流−交流双
方向変換器が直流母線の電圧を一定とするように交流系
統との電力授受を調節するため、負荷が燃料電池の出力
より小さい場合には余剰電力分を直流−交流双方向変換
器から交流系統へ送出する。逆に、負荷が燃料電池の出
力より大きい場合には不足電力分を直流−交流双方向変
換器により交流系統から受電する。したがって、燃料電
池は最も効率のよい最大出力運転を維持したまま、負荷
への電力供給を継続することができる。
方向変換器が直流母線の電圧を一定とするように交流系
統との電力授受を調節するため、負荷が燃料電池の出力
より小さい場合には余剰電力分を直流−交流双方向変換
器から交流系統へ送出する。逆に、負荷が燃料電池の出
力より大きい場合には不足電力分を直流−交流双方向変
換器により交流系統から受電する。したがって、燃料電
池は最も効率のよい最大出力運転を維持したまま、負荷
への電力供給を継続することができる。
【００２０】請求項７の発明は、請求項６記載の燃料電
池電源装置において、前記交流系統には交流系統への送
電電力を計測する送電電力計測器が接続され、前記負荷
には負荷への供給電力を計測する供給電力計測器が接続
され、前記２つの電力計測器の計測値と買電価格とから
前記燃料電池の発電コストを導き、この発電コストが前
記買電価格よりも上回る場合に、前記交流系統への電力
の送出を停止するように構成されたことを特徴とする。
池電源装置において、前記交流系統には交流系統への送
電電力を計測する送電電力計測器が接続され、前記負荷
には負荷への供給電力を計測する供給電力計測器が接続
され、前記２つの電力計測器の計測値と買電価格とから
前記燃料電池の発電コストを導き、この発電コストが前
記買電価格よりも上回る場合に、前記交流系統への電力
の送出を停止するように構成されたことを特徴とする。
【００２１】以上の請求項７の発明では、燃料電池の発
電コストが買電価格を下回る場合には燃料電池は最も効
率の良い発電状態を継続し、前述したように負荷が燃料
電池の出力より小さいときには余剰電力分を直流−交流
双方向変換器から交流系統へ送出する。しかし、燃料電
池の発電コストの方が買電価格を上回る場合には直流−
交流双方向変換器から交流系統への電力の送出を停止す
る。これにより、常に発電コストの最も低い状態で電力
の供給を行うことができる。
電コストが買電価格を下回る場合には燃料電池は最も効
率の良い発電状態を継続し、前述したように負荷が燃料
電池の出力より小さいときには余剰電力分を直流−交流
双方向変換器から交流系統へ送出する。しかし、燃料電
池の発電コストの方が買電価格を上回る場合には直流−
交流双方向変換器から交流系統への電力の送出を停止す
る。これにより、常に発電コストの最も低い状態で電力
の供給を行うことができる。
【００２２】請求項８の発明は、請求項６記載の燃料電
池電源装置において、前記交流系統には交流系統への送
電電力を計測する送電電力計測器が接続され、前記負荷
には負荷への供給電力を計測する供給電力計測器が接続
され、前記２つの電力計測器の計測値と買電価格とから
前記燃料電池の発電コストを導き、この発電コストが前
記買電価格を上回る場合に、前記燃料電池および直流−
直流変換器を停止し前記交流系統から電力の供給を受け
て前記負荷に電力を供給するように構成されたことを特
徴とする。
池電源装置において、前記交流系統には交流系統への送
電電力を計測する送電電力計測器が接続され、前記負荷
には負荷への供給電力を計測する供給電力計測器が接続
され、前記２つの電力計測器の計測値と買電価格とから
前記燃料電池の発電コストを導き、この発電コストが前
記買電価格を上回る場合に、前記燃料電池および直流−
直流変換器を停止し前記交流系統から電力の供給を受け
て前記負荷に電力を供給するように構成されたことを特
徴とする。
【００２３】以上の請求項８の発明では、燃料電池の発
電コストが買電価格を下回る場合には燃料電池は最も効
率の良い発電状態を継続する。しかし、燃料電池の発電
コストが買電価格を上回る場合、つまり燃料電池を運転
して発電するよりも交流系統から電力を得た方が安い場
合には、燃料電池および直流−直流変換器を停止し、交
流系統から電力の供給を受けて負荷に電力を供給する。
このような請求項８の発明によれば、常に最も経済的な
運転状態で負荷への電力供給を行うことができる。
電コストが買電価格を下回る場合には燃料電池は最も効
率の良い発電状態を継続する。しかし、燃料電池の発電
コストが買電価格を上回る場合、つまり燃料電池を運転
して発電するよりも交流系統から電力を得た方が安い場
合には、燃料電池および直流−直流変換器を停止し、交
流系統から電力の供給を受けて負荷に電力を供給する。
このような請求項８の発明によれば、常に最も経済的な
運転状態で負荷への電力供給を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】（１）第１の実施の形態 以下、請求項１、２、３、４記載の発明に対応する第１
の実施の形態について、図１を参照して具体的に説明す
る。図１は第１の実施の形態を示す構成図であり、図５
に示した従来技術と同様の部分は同一の符号を付して説
明は省略する。
の実施の形態について、図１を参照して具体的に説明す
る。図１は第１の実施の形態を示す構成図であり、図５
に示した従来技術と同様の部分は同一の符号を付して説
明は省略する。
【００２５】［構成］燃料電池１には燃料電池１の直流
電力の電圧を調節する直流−直流変換器６が接続されて
いる。直流−直流変換器６の出力側には直流−直流変換
器６の出力電流および出力電力を計測する電流計測器９
および電力計測器１１が接続されると共に、直流母線５
の電圧を計測する電圧計測器１０が接続されている。ま
た、直流蓄電装置２の入出力部分には直流蓄電装置２の
充電電流および充電電力を計測する充電電流計測器７お
よび充電電力計測器８が接続されている。
電力の電圧を調節する直流−直流変換器６が接続されて
いる。直流−直流変換器６の出力側には直流−直流変換
器６の出力電流および出力電力を計測する電流計測器９
および電力計測器１１が接続されると共に、直流母線５
の電圧を計測する電圧計測器１０が接続されている。ま
た、直流蓄電装置２の入出力部分には直流蓄電装置２の
充電電流および充電電力を計測する充電電流計測器７お
よび充電電力計測器８が接続されている。
【００２６】直流−直流変換器６は、次のような出力制
御がなされている。通常状態では負荷４が通常の運転状
態で必要とする負荷４の通常必要電力よりも大きな一定
値を出力する。また、負荷４の増加状態が所定の時間以
上継続した場合には、負荷４の通常必要電力に充電電力
計測器８が計測した充電電力を加えた値を出力する。さ
らに、電圧計測器１０が計測した電圧が直流母線５に接
続される機器の上限値を逸脱する場合、ならびに、充電
電流計測器７が計測した充電電流が直流蓄電装置２の充
電電流の上限値を逸脱する場合には、負荷４の通常必要
電力よりも小さい値を出力する。
御がなされている。通常状態では負荷４が通常の運転状
態で必要とする負荷４の通常必要電力よりも大きな一定
値を出力する。また、負荷４の増加状態が所定の時間以
上継続した場合には、負荷４の通常必要電力に充電電力
計測器８が計測した充電電力を加えた値を出力する。さ
らに、電圧計測器１０が計測した電圧が直流母線５に接
続される機器の上限値を逸脱する場合、ならびに、充電
電流計測器７が計測した充電電流が直流蓄電装置２の充
電電流の上限値を逸脱する場合には、負荷４の通常必要
電力よりも小さい値を出力する。
【００２７】［作用］以上の構成を有する第１の実施の
形態では、燃料電池１は直流−直流変換器６の出力設定
に応じて直流電力を出力する。直流−直流変換器６はそ
の直流電力の電圧を調節して直流母線５へ出力する。こ
の出力値は、上記の計測器７、８、９、１０および１１
の計測値に基づいて設定される。負荷４が変動し、直流
−直流変換器６の出力電力を上回った場合には、直流蓄
電装置２は放電して電力供給装置３に不足電力分を供給
する。反対に、負荷４が直流−直流変換器６の出力電力
を下回った場合には直流蓄電装置２に余剰電力が蓄えら
れることになる。
形態では、燃料電池１は直流−直流変換器６の出力設定
に応じて直流電力を出力する。直流−直流変換器６はそ
の直流電力の電圧を調節して直流母線５へ出力する。こ
の出力値は、上記の計測器７、８、９、１０および１１
の計測値に基づいて設定される。負荷４が変動し、直流
−直流変換器６の出力電力を上回った場合には、直流蓄
電装置２は放電して電力供給装置３に不足電力分を供給
する。反対に、負荷４が直流−直流変換器６の出力電力
を下回った場合には直流蓄電装置２に余剰電力が蓄えら
れることになる。
【００２８】負荷４の増加状態が長時間継続した場合に
は直流蓄電装置２の残存容量が少なくなることがある
が、第１の実施の形態では、電力計測器８により直流蓄
電装置２の充電電力を計測しており、負荷４の増加状態
が所定の時間以上継続すると、直流−直流変換器６は出
力値を負荷４の通常必要電力に充電電力を加えた値に変
更する。
は直流蓄電装置２の残存容量が少なくなることがある
が、第１の実施の形態では、電力計測器８により直流蓄
電装置２の充電電力を計測しており、負荷４の増加状態
が所定の時間以上継続すると、直流−直流変換器６は出
力値を負荷４の通常必要電力に充電電力を加えた値に変
更する。
【００２９】反対に、負荷４の減少状態が長時間継続し
た場合、直流蓄電装置２が飽和状態になって上昇した
り、直流母線５の電圧が過度に上昇したりすることがあ
るが、第１の実施の形態では、電圧計測器１０により直
流母線５の電圧を計測し、充電電流計測器７により直流
蓄電装置２の充電電流を計測しており、これらの計測値
が所定の上限値を逸脱すると直流−直流変換器６の出力
値を減少させている。
た場合、直流蓄電装置２が飽和状態になって上昇した
り、直流母線５の電圧が過度に上昇したりすることがあ
るが、第１の実施の形態では、電圧計測器１０により直
流母線５の電圧を計測し、充電電流計測器７により直流
蓄電装置２の充電電流を計測しており、これらの計測値
が所定の上限値を逸脱すると直流−直流変換器６の出力
値を減少させている。
【００３０】［効果］以上のような第１の実施の形態の
効果は次の通りである。すなわち、直流−直流変換器６
の出力設定値を負荷４が通常必要とする電力よりも大き
な一定の値に設定することにより、燃料電池１の出力を
一定値とすることが可能になり、負荷４の変動によらず
燃料電池１は常に一定出力の安定した運転を行うことが
できる。また、負荷４が増加した場合には負荷４への供
給電力が不足し、直流母線５の電圧が低下するため、直
流蓄電装置２は不足電力分を自動的に負荷４に供給す
る。したがって、電力の供給不足とはならず電力の安定
供給が可能である。反対に、負荷４が減少した場合には
余剰電力により、直流母線５の電圧が上昇するため、直
流蓄電装置２は余剰電力を自動的に貯える。この結果、
直流蓄電装置２の残存容量が減少することなく、信頼性
の高い燃料電池電源装置を実現することができる。
効果は次の通りである。すなわち、直流−直流変換器６
の出力設定値を負荷４が通常必要とする電力よりも大き
な一定の値に設定することにより、燃料電池１の出力を
一定値とすることが可能になり、負荷４の変動によらず
燃料電池１は常に一定出力の安定した運転を行うことが
できる。また、負荷４が増加した場合には負荷４への供
給電力が不足し、直流母線５の電圧が低下するため、直
流蓄電装置２は不足電力分を自動的に負荷４に供給す
る。したがって、電力の供給不足とはならず電力の安定
供給が可能である。反対に、負荷４が減少した場合には
余剰電力により、直流母線５の電圧が上昇するため、直
流蓄電装置２は余剰電力を自動的に貯える。この結果、
直流蓄電装置２の残存容量が減少することなく、信頼性
の高い燃料電池電源装置を実現することができる。
【００３１】また、第１の実施の形態においては、負荷
４の増加状態が所定の時間以上継続すると直流−直流変
換器６の出力値が負荷４の通常必要電力に充電電力を加
えた値に変わるので、直流蓄電装置２の残存容量が少な
くなることがない。このように直流−直流変換器６の出
力値を変更した場合、燃料電池１の出力変動の大きさは
直流蓄電装置２の充電電流分だけに抑えられ、大きな出
力変動を防ぐことができる。その結果、燃料電池１の電
圧低下などの特性低下を防ぐと同時に、直流蓄電装置２
の蓄電特性低下も防止することができ、常に安定した電
力を負荷４に供給することが可能となる。
４の増加状態が所定の時間以上継続すると直流−直流変
換器６の出力値が負荷４の通常必要電力に充電電力を加
えた値に変わるので、直流蓄電装置２の残存容量が少な
くなることがない。このように直流−直流変換器６の出
力値を変更した場合、燃料電池１の出力変動の大きさは
直流蓄電装置２の充電電流分だけに抑えられ、大きな出
力変動を防ぐことができる。その結果、燃料電池１の電
圧低下などの特性低下を防ぐと同時に、直流蓄電装置２
の蓄電特性低下も防止することができ、常に安定した電
力を負荷４に供給することが可能となる。
【００３２】さらに、第１の実施の形態では、負荷４の
減少状態が続いて直流母線５の電圧が上昇し、直流母線
５の電圧が直流母線５に接続される機器の上限値を逸脱
する場合、ならびに充電電流計測器７の充電電流が直流
蓄電装置２の充電電流の上限値を逸脱する場合には、直
流−直流変換器６の出力値を、通常の運転状態で負荷４
が必要とする電力よりも小さい値に変化させている。こ
のため、燃料電池１の出力の余剰分をなくして直流蓄電
装置２を放電状態とすることができ、直流母線５の電圧
低減が可能となる。これにより、直流母線５に接続され
た機器の性能劣化および直流蓄電装置２の蓄電特性の低
下を防止することができる。
減少状態が続いて直流母線５の電圧が上昇し、直流母線
５の電圧が直流母線５に接続される機器の上限値を逸脱
する場合、ならびに充電電流計測器７の充電電流が直流
蓄電装置２の充電電流の上限値を逸脱する場合には、直
流−直流変換器６の出力値を、通常の運転状態で負荷４
が必要とする電力よりも小さい値に変化させている。こ
のため、燃料電池１の出力の余剰分をなくして直流蓄電
装置２を放電状態とすることができ、直流母線５の電圧
低減が可能となる。これにより、直流母線５に接続され
た機器の性能劣化および直流蓄電装置２の蓄電特性の低
下を防止することができる。
【００３３】（２）第２の実施の形態 続いて、請求項５記載の発明に対応する第２の実施の形
態を、図２および図３に従って説明する。図２は第２の
実施の形態の制御設定値変化特性図、図３は第２の実施
の形態の制御ブロック図である。
態を、図２および図３に従って説明する。図２は第２の
実施の形態の制御設定値変化特性図、図３は第２の実施
の形態の制御ブロック図である。
【００３４】［構成］第２の実施の形態の構成上の特徴
は、図３に示すように直流−直流変換器６のの出力変化
率を制限させる変化率制限手段１６が設けられた点にあ
る。この変化率制限手段１６は、直流−直流変換器６の
出力電流および出力電力を取り入れて制御設定値の演算
を行い、新しい制御設定値を導くようになっている。図
２では、前記第１の実施の形態で説明した直流−直流変
換器６の制御設定値の変化を点線Ａで示し、第２の実施
の形態による制御設定値の変化を実線Ｂおよび破線Ｃで
示している。
は、図３に示すように直流−直流変換器６のの出力変化
率を制限させる変化率制限手段１６が設けられた点にあ
る。この変化率制限手段１６は、直流−直流変換器６の
出力電流および出力電力を取り入れて制御設定値の演算
を行い、新しい制御設定値を導くようになっている。図
２では、前記第１の実施の形態で説明した直流−直流変
換器６の制御設定値の変化を点線Ａで示し、第２の実施
の形態による制御設定値の変化を実線Ｂおよび破線Ｃで
示している。
【００３５】［作用］前述した第１の実施の形態では、
直流−直流変換器６の制御設定値は図２のＡ（点線）の
ようにステップ状に変化することがある。このとき、設
定値の変化が急であったり、大きかったり、頻度が高い
場合には、その変化に応じて燃料電池１の出力が変化
し、長期的には燃料電池１の電圧低下など、燃料電池１
の特性低下を引き起こす可能性がある。これに対して第
２の実施の形態では、変化率制限手段１６の働きにより
Ｂ（実線）のような一定レート変化や、Ｃ（破線）のよ
うな一次遅れ関数のように設定値を緩やかに変化させる
ことができる。
直流−直流変換器６の制御設定値は図２のＡ（点線）の
ようにステップ状に変化することがある。このとき、設
定値の変化が急であったり、大きかったり、頻度が高い
場合には、その変化に応じて燃料電池１の出力が変化
し、長期的には燃料電池１の電圧低下など、燃料電池１
の特性低下を引き起こす可能性がある。これに対して第
２の実施の形態では、変化率制限手段１６の働きにより
Ｂ（実線）のような一定レート変化や、Ｃ（破線）のよ
うな一次遅れ関数のように設定値を緩やかに変化させる
ことができる。
【００３６】［効果］このような第２実施の形態によれ
ば、変化率制限手段１６を設けるという簡単な構成によ
り直流−直流変換器６の制御設定値を緩やかに変化させ
ることができ、燃料電池１の出力に急激な変化や頻繁な
変化が回避できる。したがって、燃料電池１の特性低下
を防止し、安定した電力供給を実現することができる。
ば、変化率制限手段１６を設けるという簡単な構成によ
り直流−直流変換器６の制御設定値を緩やかに変化させ
ることができ、燃料電池１の出力に急激な変化や頻繁な
変化が回避できる。したがって、燃料電池１の特性低下
を防止し、安定した電力供給を実現することができる。
【００３７】（３）第３の実施の形態 次に請求項６、７、８記載の発明に対応する第３の実施
の形態について、図４に用いて説明する。なお、図４は
第３の実施の形態の構成図であり、図５に示した従来技
術および図１に示した第１の実施の形態と同様の部分は
同一の符号を付して説明は省略する。
の形態について、図４に用いて説明する。なお、図４は
第３の実施の形態の構成図であり、図５に示した従来技
術および図１に示した第１の実施の形態と同様の部分は
同一の符号を付して説明は省略する。
【００３８】［構成］第３の実施の形態では、直流−直
流変換器６は、燃料電池１の発電出力の最大値を出力す
るように構成されている。また、直流母線５には直流−
交流双方向変換器１２が接続されている。さらに、直流
−交流双方向変換器１２の出力側には商用の交流系統１
３および交流系統１３への送電電力を計測する送電電力
計測器１４が接続されている。直流−交流双方向変換器
１２は交流系統１３との電力授受を調節するもので直流
母線５の電圧を一定とするように構成されている。な
お、負荷４には負荷４への供給電力を計測する供給電力
計測器１５が接続されている。
流変換器６は、燃料電池１の発電出力の最大値を出力す
るように構成されている。また、直流母線５には直流−
交流双方向変換器１２が接続されている。さらに、直流
−交流双方向変換器１２の出力側には商用の交流系統１
３および交流系統１３への送電電力を計測する送電電力
計測器１４が接続されている。直流−交流双方向変換器
１２は交流系統１３との電力授受を調節するもので直流
母線５の電圧を一定とするように構成されている。な
お、負荷４には負荷４への供給電力を計測する供給電力
計測器１５が接続されている。
【００３９】また、第３の実施の形態は、２つの電力計
測器１４、１５の計測値と買電価格とから燃料電池１の
発電コストを導き、この発電コストが買電価格を上回る
場合に、交流系統１３への電力の送出を停止する、ある
いは燃料電池１および直流−直流変換器６を停止し交流
系統１３から電力の供給を受けて負荷４に電力を供給す
るようになっている。
測器１４、１５の計測値と買電価格とから燃料電池１の
発電コストを導き、この発電コストが買電価格を上回る
場合に、交流系統１３への電力の送出を停止する、ある
いは燃料電池１および直流−直流変換器６を停止し交流
系統１３から電力の供給を受けて負荷４に電力を供給す
るようになっている。
【００４０】［作用］以上の構成を有する第３の実施の
形態において、負荷４が変動し負荷４が直流−直流変換
器６の出力を上回った場合には、直流母線５の電圧は低
下する。このとき、直流−交流双方向変換器１２は直流
母線５の電圧を上げるように動作する。すなわち、直流
−交流双方向変換器１２は正変換動作をして交流系統１
３の交流電力を直流電力に変換し、不足電力分を直流母
線５を介して負荷４に供給する。なお、負荷４が直流−
直流変換器６の出力を上回った状態で直流−交流双方向
変換器１２が停止している場合には、直流蓄電装置２が
負荷４に不足電力分を供給する。
形態において、負荷４が変動し負荷４が直流−直流変換
器６の出力を上回った場合には、直流母線５の電圧は低
下する。このとき、直流−交流双方向変換器１２は直流
母線５の電圧を上げるように動作する。すなわち、直流
−交流双方向変換器１２は正変換動作をして交流系統１
３の交流電力を直流電力に変換し、不足電力分を直流母
線５を介して負荷４に供給する。なお、負荷４が直流−
直流変換器６の出力を上回った状態で直流−交流双方向
変換器１２が停止している場合には、直流蓄電装置２が
負荷４に不足電力分を供給する。
【００４１】反対に、負荷４が直流−直流変換器６の出
力を下回った場合には、直流母線５の電圧は上昇する。
このとき、直流−交流双方向変換器１２は直流母線５の
電圧を下げるように動作する。すなわち、直流−交流双
方向変換器１２が逆変換動作をして直流母線５の余剰電
力を交流電力に変換し、余剰電力を交流系統１３へ送出
する。なお、負荷４が直流−直流変換器６の出力を下回
った状態で直流−交流双方向変換器１２が停止した場合
には、直流−直流変換器６の制御設定値を負荷４の消費
電力に合わせている。
力を下回った場合には、直流母線５の電圧は上昇する。
このとき、直流−交流双方向変換器１２は直流母線５の
電圧を下げるように動作する。すなわち、直流−交流双
方向変換器１２が逆変換動作をして直流母線５の余剰電
力を交流電力に変換し、余剰電力を交流系統１３へ送出
する。なお、負荷４が直流−直流変換器６の出力を下回
った状態で直流−交流双方向変換器１２が停止した場合
には、直流−直流変換器６の制御設定値を負荷４の消費
電力に合わせている。
【００４２】また、第３の実施の形態では２つの電力計
測器１４、１５の計測値と買電価格とから燃料電池１の
発電コストを導いている。そして、この発電コストが買
電価格を上回ると、交流系統１３への電力の送出を停止
するか、燃料電池１および直流−直流変換器６を停止し
ている。前者の場合には燃料電池１の発電電力を電力供
給装置３を用いて負荷４へだけ供給する。一方の後者の
場合には直流−交流双方向変換器１２により交流系統１
３の交流電力を直流電力へ変換し、その直流電力を直流
母線５および電力供給装置３を通して負荷４へ供給す
る。
測器１４、１５の計測値と買電価格とから燃料電池１の
発電コストを導いている。そして、この発電コストが買
電価格を上回ると、交流系統１３への電力の送出を停止
するか、燃料電池１および直流−直流変換器６を停止し
ている。前者の場合には燃料電池１の発電電力を電力供
給装置３を用いて負荷４へだけ供給する。一方の後者の
場合には直流−交流双方向変換器１２により交流系統１
３の交流電力を直流電力へ変換し、その直流電力を直流
母線５および電力供給装置３を通して負荷４へ供給す
る。
【００４３】［効果］以上のような第３の実施の形態の
効果は次の通りである。すなわち、直流−直流変換器６
が燃料電池１の出力を常に最大となるように制御するた
め、常に効率の良い状態で燃料電池１の運転を継続する
ことができる。このとき、燃料電池１の出力が一定なの
で、負荷４が変動して直流−直流変換器６の出力を上回
ることがあるが、その場合には直流−交流双方向変換器
１２により交流系統１３からか、あるいは直流蓄電装置
２から不足電力分を得ることができる。したがって、負
荷４への給電が常に不足することなく安定した電力供給
が可能である。
効果は次の通りである。すなわち、直流−直流変換器６
が燃料電池１の出力を常に最大となるように制御するた
め、常に効率の良い状態で燃料電池１の運転を継続する
ことができる。このとき、燃料電池１の出力が一定なの
で、負荷４が変動して直流−直流変換器６の出力を上回
ることがあるが、その場合には直流−交流双方向変換器
１２により交流系統１３からか、あるいは直流蓄電装置
２から不足電力分を得ることができる。したがって、負
荷４への給電が常に不足することなく安定した電力供給
が可能である。
【００４４】一方、負荷４が変動して直流−直流変換器
６の出力電力を下回った場合には、直流−交流双方向変
換器１２が直流母線５の余剰電力を交流系統１３へ送出
するため、直流母線５の電圧が上昇することなく、負荷
４への給電が安定する。また、負荷４が直流−直流変換
器６の出力電力を下回った状態で直流−交流双方向変換
器１２が停止したときには、直流−直流変換器６の制御
設定値を負荷４の消費電力に合わせることにより、余剰
電力をなくして安定した電力供給が可能である。さら
に、燃料電池１が停止した場合には、直流蓄電装置２か
ら不足電力分を供給することができる。このように負荷
４に対しては常に安定した電力を供給することが可能で
あり、高い信頼性を獲得することができる。
６の出力電力を下回った場合には、直流−交流双方向変
換器１２が直流母線５の余剰電力を交流系統１３へ送出
するため、直流母線５の電圧が上昇することなく、負荷
４への給電が安定する。また、負荷４が直流−直流変換
器６の出力電力を下回った状態で直流−交流双方向変換
器１２が停止したときには、直流−直流変換器６の制御
設定値を負荷４の消費電力に合わせることにより、余剰
電力をなくして安定した電力供給が可能である。さら
に、燃料電池１が停止した場合には、直流蓄電装置２か
ら不足電力分を供給することができる。このように負荷
４に対しては常に安定した電力を供給することが可能で
あり、高い信頼性を獲得することができる。
【００４５】また、第３の実施の形態によれば、発電コ
ストが買電価格を上回るとき、交流系統１３への電力の
送出を停止して最も経済的な運転状態で負荷４へ電力を
供給することができる。さらに、発電コストが買電価格
を上回り、燃料電池１を運転して発電するよりも交流系
統１３から電力を得た方が安く済む場合には、燃料電池
１および直流−直流変換器６の停止して、交流系統１３
からのみ負荷４に電力を供給して優れた経済性を確保す
ることができる。
ストが買電価格を上回るとき、交流系統１３への電力の
送出を停止して最も経済的な運転状態で負荷４へ電力を
供給することができる。さらに、発電コストが買電価格
を上回り、燃料電池１を運転して発電するよりも交流系
統１３から電力を得た方が安く済む場合には、燃料電池
１および直流−直流変換器６の停止して、交流系統１３
からのみ負荷４に電力を供給して優れた経済性を確保す
ることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池の出力を一定とし、負荷が大きい場合には直流
蓄電装置または商用系統から不足分の電力を供給し、負
荷が小さい場合には余剰分の電力を直流蓄電装置へ貯蔵
するか商用系統へ送出することができるので、燃料電池
の特性を低下させることなく、安定した電力を負荷に供
給することが可能な燃料電池電源装置を得ることができ
る。
燃料電池の出力を一定とし、負荷が大きい場合には直流
蓄電装置または商用系統から不足分の電力を供給し、負
荷が小さい場合には余剰分の電力を直流蓄電装置へ貯蔵
するか商用系統へ送出することができるので、燃料電池
の特性を低下させることなく、安定した電力を負荷に供
給することが可能な燃料電池電源装置を得ることができ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の制御設定値変化特
性図。
性図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の制御ブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の構成図。
【図５】従来の技術の構成図。
１…燃料電池 ２…直流蓄電装置 ３…電力供給装置 ４…負荷 ５…直流母線 ６…直流−直流変換器 ７…充電電流計測器 ８…充電電力計測器 ９…電流計測器 １０…電圧計測器 １１…電力計測器 １２…直流−交流双方向変換器 １３…交流系統 １４…送電電力計測器 １５…供給電力計測器 １６…変化率制限手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 3/32 Ｈ０２Ｊ 3/32 7/34 7/34 Ｄ Ｆターム(参考） 5G003 AA01 AA05 BA01 CA01 CA11 DA06 DA16 GB03 GB06 5G066 BA03 CA09 DA08 HB07 HB09 JA07 JA13 JB03 5H027 AA02 DD03 KK51 MM26 MM27
Claims (8)
- 【請求項１】 燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応に
より直流電力を発生させる燃料電池と、前記直流電力の
電圧を調節する直流−直流変換器と、前記直流電力を蓄
える直流蓄電装置と、前記直流電力を交流電力に変換し
て負荷に供給する電力供給装置と、それらを全て接続す
る直流母線とが設けられた燃料電池電源装置において、 前記直流−直流変換器は、通常の運転状態で負荷が必要
とする負荷の通常必要電力よりも大きな一定値を出力す
るように構成されたことを特徴とする燃料電池電源装
置。 - 【請求項２】 前記直流蓄電装置には該直流蓄電装置の
充電電力を計測する充電電力計測器が接続され、 前記直流−直流変換器は、負荷の増加状態が所定の時間
以上継続した場合に、前記負荷の通常必要電力に前記充
電電力を加えた値を出力するように構成されたことを特
徴とする請求項１記載の燃料電池電源装置。 - 【請求項３】 前記直流母線には該直流母線の電圧を計
測する電圧計測器が接続され、 前記直流−直流変換器は、前記直流母線の電圧が前記直
流母線に接続される機器の上限値を逸脱する場合に、前
記負荷の通常必要電力よりも小さい値を出力するように
構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の燃
料電池電源装置。 - 【請求項４】 前記直流蓄電装置には該直流蓄電装置の
充電電流を計測する充電電流計測器が接続され、 前記直流−直流変換器は、前記充電電流が前記直流蓄電
装置の充電電流の上限値を逸脱する場合に、前記負荷の
通常必要電力よりも小さい値を出力するように構成され
たことを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料電
池電源装置。 - 【請求項５】 前記直流−直流変換器の出力を変化させ
る場合、その変化率を制限させる変化率制限手段が設け
られたことを特徴とする請求項１、２、３または４記載
の燃料電池電源装置。 - 【請求項６】 燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応に
より直流電力を発生させる燃料電池と、前記直流電力の
電圧を調節する直流−直流変換器と、前記直流電力を蓄
える直流蓄電装置と、前記直流電力を交流電力に変換し
て負荷に供給する電力供給装置と、それらを全て接続す
る直流母線とが設けられた燃料電池電源装置において、 前記直流−直流変換器は、前記燃料電池の発電出力の最
大値を出力するように構成され、 前記直流母線には交流系統と電力の授受する直流−交流
双方向変換器が接続され、 この直流−交流双方向変換器は、前記直流母線の電圧を
一定とするように構成されたことを特徴とする燃料電池
電源装置。 - 【請求項７】 前記交流系統には交流系統への送電電力
を計測する送電電力計測器が接続され、 前記負荷には負荷への供給電力を計測する供給電力計測
器が接続され、 前記２つの電力計測器の計測値と買電価格とから前記燃
料電池の発電コストを導き、この発電コストが前記買電
価格を上回る場合に、前記交流系統への電力の送出を停
止するように構成されたことを特徴とする請求項６記載
の燃料電池電源装置。 - 【請求項８】 前記交流系統には交流系統への送電電力
を計測する送電電力計測器が接続され、 前記負荷には負荷への供給電力を計測する供給電力計測
器が接続され、 前記２つの電力計測器の計測値と買電価格とから前記燃
料電池の発電コストを導き、この発電コストが前記買電
価格を上回る場合に、前記燃料電池および直流−直流変
換器を停止し前記交流系統から電力の供給を受けて前記
負荷に電力を供給するように構成されたことを特徴とす
る請求項６記載の燃料電池電源装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041657A JP2001231176A (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | 燃料電池電源装置 |
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