JP2004235094A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】単電池セルの積層数が少ない低出力電圧型スタックを使用し、燃料電池システムの低コスト化を図りながらシステム全体の効率の低下を阻止することにある。
【解決手段】複数の単電池セルを積層した低出力電圧型スタックからなり、その単電池セルの積層数を高出力電圧型スタックよりも少なくし、かつ、単電池セルの面積を高出力電圧型スタックの全面積と同一になるように大きくした燃料電池１と、二対のスイッチング素子をフルブリッジ構成で接続した変換回路部を燃料電池に対してｎ群設け、各変換回路部で対をなすスイッチング素子のうち、一方のスイッチング素子に対して他方のスイッチング素子のスイッチング位相を１／３ｎ周期ずらすと共に、各変換回路部間で対応するスイッチング素子のスイッチング位相を１／２ｎ周期ずらすようにした高効率のＤＣ−ＤＣコンバータ２とを具備する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムに関し、例えば、燃料電池を分散電源として商用電源と連系させて負荷に電力を供給する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、燃料電池を分散電源として商用電源と連系させて負荷に電力を供給する燃料電源システムでは、燃料電池の発電電圧が低いためにその燃料電池の出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを具備するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。また、この燃料電池を分散電源として前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側にＤＣ−ＡＣインバータを接続し、そのＤＣ−ＡＣインバータの出力側を商用電源と連系させている。
【０００３】
この燃料電池システムでは、燃料電池の出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧し、そのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧をＤＣ−ＡＣインバータにより交流変換することにより、商用電源と連系をとりながら負荷に電力を供給するようにしている。
【０００４】
通常、商用電源と連系するＤＣ−ＡＣインバータの出力は例えばＡＣ２００Ｖであり、その場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧、換言すれば、ＤＣ−ＡＣインバータの直流入力電圧は約３００Ｖ（２００Ｖ×√２）以上必要である。一方、燃料電池は、通常、単電池セル（実用発電電圧範囲０．６〜０．９Ｖ）を直列に複数積層して構成するが、単電池セルの製造コスト上の点で単電池セルの積層数を増加させることは困難で、単電池セルの積層数は４０〜８０程度となる。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータでは、燃料電池の出力電圧（０．６×４０）〜（０．９×８０）、つまり、２４〜７２Ｖを約３００Ｖまで昇圧する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１８８１２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した燃料電池には、一般的に、単電池セルの積層数が少ない低出力電圧型と単電池セルの積層数が多い高出力電圧型とがあり、高出力電圧型スタックからなる燃料電池を使用した場合、単電池セルの積層数が多くなることから、高価な燃料電池となるためにシステムのコストアップを招来する。
【０００７】
一方、低出力電圧型スタックからなる燃料電池を使用した場合、前述した高出力電圧型スタック使用時と同一電力を確保するためには電圧に対して電流を増加させる必要がある。
【０００８】
ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータは半導体スイッチング素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）で構成されていることから、そのスイッチング素子がオンからオフおよびオフからオンに変化する短時間の過渡状態においてドレイン電流が流れながらドレイン−ソース間電圧が印加されることによりスイッチング損失が発生する。また、燃料電池の出力が低電圧であることから、スイッチング素子の耐電圧を低くすることが可能であり、スイッチング素子のオン抵抗が耐電圧の２．５乗に比例して指数関数的に小さくなって導通損失が減少する。
【０００９】
前述した燃料電池の出力電流増加によりスイッチング損失および導通損失がともに増大し、低電圧による導通損失の減少分を相殺してしまうため、結果的に高出力電圧型スタックからなる燃料電池を使用する場合と比較して燃料電池システムの効率が低下するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、単電池セルの積層数が少ない低出力電圧型スタックを使用し、燃料電池システムの低コスト化を図りながらシステム全体の効率の低下を阻止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数の単電池セルを積層した低出力電圧型スタックからなり、その単電池セルの積層数を高出力電圧型スタックよりも少なくし、かつ、前記単電池セルの面積を高出力電圧型スタックの全面積と同一になるように大きくした燃料電池と、その燃料電池の出力側に接続され、スイッチング損失を低減化したＤＣ−ＤＣコンバータとを具備したことを特徴とする。ここで、スイッチング損失の低減化とは、スイッチング損失をなくすこと、あるいは、従来のＤＣ−ＤＣコンバータよりも小さくすることを意味する。
【００１２】
スイッチング損失を低減化したＤＣ−ＤＣコンバータとしては、二対のスイッチング素子をフルブリッジ構成で接続した変換回路部を前記燃料電池に対してｎ群設け、各変換回路部の出力側にトランスを介して整流回路部を設けると共にそれら各変換回路部とトランスとの間に直列コンデンサを挿入接続し、各変換回路部で対をなすスイッチング素子のうち、一方のスイッチング素子に対して他方のスイッチング素子のスイッチング位相を１／３ｎ周期ずらすと共に、前記各変換回路部間で対応するスイッチング素子のスイッチング位相を１／２ｎ周期ずらすようにした高効率のＤＣ−ＤＣコンバータ、あるいは、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータが適用可能である。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムでは、複数の単電池セルを積層した低出力電圧型スタックからなり、その単電池セルの積層数を高出力電圧型スタックよりも少なくし、かつ、前記単電池セルの面積を高出力電圧型スタックの全面積と同一になるように大きくした燃料電池を使用したことにより、低出力電圧型スタックであっても、高出力電圧型スタックと同一電力をＤＣ−ＤＣコンバータに供給するに際して、そのＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング損失が低減化されているので、燃料電池システムの効率の低下を阻止できる。
【００１４】
本発明は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側にＤＣ−ＡＣインバータを接続し、そのＤＣ−ＡＣインバータを商用電源と連系させた構成とすることが可能で、この場合、前記燃料電池は分散電源として機能する。また、このような系統においては、前記ＤＣ−ＡＣインバータと商用電源との連系点に、系統異常発生時にＤＣ−ＡＣインバータおよびＤＣ−ＤＣコンバータに停止信号を送出する連系保護装置を接続することが望ましい。この連系保護装置の設置により、系統異常発生時にＤＣ−ＤＣコンバータおよびＤＣ−ＡＣインバータを確実に保護することが可能となる。
【００１５】
また、本発明における前記燃料電池は、複数の低出力電圧型スタックを並列に接続して構成することが可能である。このようにすれば、燃料電池システムの容量アップを容易に図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料電池システムの実施形態を以下に詳述する。図１は燃料電池を商用電源と連系させた燃料電池システムの全体構成図である。
【００１７】
この実施形態の燃料電池システムは、図１に示すように複数の単電池セルを積層した低出力電圧型スタックからなる燃料電池１と、その燃料電池１の出力側に接続され、燃料電池１で発電された直流出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ２と、そのＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力側に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２で昇圧された直流出力電圧を交流変換するＤＣ−ＡＣインバータ３と、そのＤＣ−ＡＣインバータ３の出力側に接続した商用電源５との連系点に接続され、商用電源５の停電などの系統異常発生時にＤＣ−ＤＣコンバータ２およびＤＣ−ＡＣインバータ３に停止信号を送出する連系保護装置４とを具備する。
【００１８】
図２（ａ）（ｂ）は燃料電池１を構成する複数の単電池セル６，７の積層状態を比較したもので、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の実施形態をそれぞれ示す。なお、図中の符号６，７は単電池セルの電極板を模式的に示し、図示上下二つの電極板で一層の単電池セルを構成する。
【００１９】
同図（ａ）に示すように従来の燃料電池は、高出力電圧型スタックからなり、例えば一辺の長さａを有する正方形の単電池セル６を四層に積層した構成を具備するのに対して、この実施形態の燃料電池１では、単電池セル７の積層数を例えば１／２倍（二層）とし、かつ、その高出力電圧型スタックの全面積（４ａ^２）と同一になるように一層の単電池セル７の面積を大きくする。
【００２０】
つまり、実施形態の燃料電池１は、低出力電圧型スタックからなり、例えば一辺の長さ（√２）ａを有する正方形の単電池セル７を二層に積層した構成を具備する。この実施形態の燃料電池では、従来の燃料電池の出力電圧（４Ｖ）の１／２倍の出力電圧（２Ｖ）を有する。
【００２１】
なお、燃料電池は、複数の低出力電圧型スタックを並列に接続して構成することにより、燃料電池システムの容量アップを容易に図ることができる。
【００２２】
図３はこの実施形態で使用するＤＣ−ＤＣコンバータ２の具体的回路構成を示し、本出願人が先に提案したものでスイッチング損失のない高効率のＤＣ−ＤＣコンバータである（特開２００２−２２３５６５号公報参照）。図４はそのＤＣ−ＤＣコンバータ２の各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_８をオンオフさせるゲート信号Ｇのタイミングチャート、図５は整流回路部２１，２２の出力電圧Ｖ_１，Ｖ_２、トランスＴｒ_１，Ｔｒ_２の一次側電圧、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_８のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓおよびドレイン電流Ｉ_ｄの波形図である。
【００２３】
この実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ２は、二対のスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_４とＱ_２，Ｑ_３およびＱ_５，Ｑ_８とＱ_６，Ｑ_７（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ）をフルブリッジ構成で接続したｎ群、例えば二群の変換回路部１１，１２と、その変換回路部１１，１２の出力側に接続された二つのトランスＴｒ_１，Ｔｒ_２と、そのトランスＴｒ_１，Ｔｒ_２の二次側出力に接続され、二対のダイオードＤ_１，Ｄ_４とＤ_２，Ｄ_３およびＤ_５，Ｄ_８とＤ_６，Ｄ_７からなる二群の整流回路部２１，２２と、その整流回路部２１，２２の出力側に共通して接続されたＬＣ平滑回路部３３とで構成されている。
【００２４】
このＤＣ−ＤＣコンバータ２において、二群の変換回路部１１，１２は燃料電池１に対して直列に接続されている。また、各変換回路部１１，１２の出力側とトランスＴｒ_１，Ｔｒ_２の一次側との間には直列コンデンサＣ_１，Ｃ_２が挿入接続されている。
【００２５】
なお、ＤＣ−ＡＣインバータ３は、前述したＤＣ−ＤＣコンバータ２の変換回路部１１，１２と同一構成、つまり、図示しないが二対のスイッチング素子をフルブリッジ構成で接続した構成を具備し、それらスイッチング素子を交互にオンオフさせることにより直流入力を交流変換して出力する。
【００２６】
また、連系保護装置４は、系統周波数の上昇または低下、過不足電圧、配電線の停電など、商用電源５、ＤＣ−ＤＣコンバータ２やＤＣ−ＡＣインバータ３の異常を速やかに検出し、その検出信号に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２またはＤＣ−ＡＣインバータ３を停止させて系統との連系を遮断することにより系統側の安全性を確保することを目的としている。
【００２７】
前述したＤＣ−ＤＣコンバータ２では、図４のタイミングチャートで示すように変換回路部１１，１２のスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_４とＱ_２，Ｑ_３およびＱ_５，Ｑ_８とＱ_６，Ｑ_７を交互にオンオフさせて交流波形出力を得る。この変換回路部１１，１２の交流波形出力をトランスＴｒ_１，Ｔｒ_２により変成し、そのトランスＴｒ_１，Ｔｒ_２の二次側出力を整流回路部２１，２２により整流すると共にＬＣ平滑回路部３３により平滑することにより、所望の直流電圧を生成する。
【００２８】
二群の変換回路部１１，１２では、図４のタイミングチャートで示すように一方の変換回路部１１で対をなすスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_４のうち、一方のスイッチング素子Ｑ_１（スイッチング素子Ｑ_２はスイッチング素子Ｑ_１の反転）に対して他方のスイッチング素子Ｑ_４（スイッチング素子Ｑ_３はスイッチング素子Ｑ_４の反転）のスイッチング位相を１／３ｎ周期、例えば１／６周期遅らせる。また、変換回路部１１と１２間で対応するスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_５について、他方の変換回路部１２のスイッチング素子Ｑ_５（スイッチング素子Ｑ_６はスイッチング素子Ｑ_５の反転）のスイッチング位相をスイッチング素子Ｑ_１に対して１／２ｎ周期、例えば１／４周期遅らせる。さらに、他方の変換回路部１２で対をなすスイッチング素子Ｑ_５，Ｑ_８のうち、一方のスイッチング素子Ｑ_５に対して他方のスイッチング素子Ｑ_８（スイッチング素子Ｑ_７はスイッチング素子Ｑ_８の反転）のスイッチング位相を１／６周期遅らせる。
【００２９】
前記変換回路部１１，１２のスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４，Ｑ_５〜Ｑ_８は、図５に示すようなドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓおよびドレイン電流Ｉ_ｄでもってスイッチング動作する（図６の表参照）。ここで、図６の表は、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４，Ｑ_５〜Ｑ_８の電流値の変化・推移を示す。負荷に一定電力を供給、つまり定電圧出力のもとで一定電流を供給するため、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４，Ｑ_５〜Ｑ_８からの出力電流の合計は、いずれのタイミングにおいても電流値１ｐｕとなる。すなわち、いずれかのタイミングで一方の変換回路部１１のスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４からの出力電流が０→１ｐｕに変化していれば、他方の変換回路部１２のスイッチング素子Ｑ_５〜Ｑ_８からの出力電流は１→０ｐｕに変化している。また、別のタイミングで一方の変換回路部１１のスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４からの出力電流が１ｐｕであれば、他方の変換回路部１２のスイッチング素子Ｑ_５〜Ｑ_８からの出力電流は０ｐｕである。
【００３０】
なお、区間ｔ_１〜ｔ_８は、０＜ｔ_１≦１／４・Ｔ、０≦ｔ_２＜１／４・Ｔ、０＜ｔ_３≦１／４・Ｔ、０≦ｔ_４＜１／４・Ｔ、０＜ｔ_５≦１／４・Ｔ、０≦ｔ_６＜１／４・Ｔ、０＜ｔ_７≦１／４・Ｔ、０≦ｔ_８＜１／４・Ｔの条件の範囲内で自由に変更可能である。この８つの条件はｏｒ条件であるが、ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３＋ｔ_４＋ｔ_５＋ｔ_６＋ｔ_７＋ｔ_８＝Ｔを満たすことが必要である。電流が増減する区間ｔ_１，ｔ_３，ｔ_５，ｔ_７は回路定数により波形が異なるので、実際上、スイッチング損失が発生しない範囲に限られる。
【００３１】
各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４，Ｑ_５〜Ｑ_８のスイッチング動作により、トランスＴｒ_１，Ｔｒ_２の一次側電圧（図５の最上段から二番目）にトランスＴｒ_１，Ｔｒ_２の変成比をかけてその絶対値をとったもの、つまり、一次側電圧の波形を零点で折り返したもの（図５の最上段）が、トランスＴｒ_１，Ｔｒ_２の二次側電圧を整流回路部２１，２２により整流した結果に得られる出力電圧Ｖ_１，Ｖ_２となる。この整流回路部２１，２２の出力電圧Ｖ_１，Ｖ_２を転流により最も電圧値の高いところでトレースすることにより負荷電圧Ｖ_ｏｕｔが生成される。この転流は、図５の矢印で示すタイミングでもって、スイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_４→スイッチング素子Ｑ_５，Ｑ_８→スイッチング素子Ｑ_２，Ｑ_３→スイッチング素子Ｑ_６，Ｑ_７→スイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_４の順で繰り返し行われる。
【００３２】
この変換回路部１１，１２では、スイッチング素子Ｑ_１（Ｑ_２）に対してスイッチング素子Ｑ_４（Ｑ_３）を１／６周期遅らせたタイミングでオンオフさせ、また、スイッチング素子Ｑ_５（Ｑ_６）を前記スイッチング素子Ｑ_１（Ｑ_２）に対して１／４周期遅らせたタイミングでオンオフさせ、さらに、スイッチング素子Ｑ_８（Ｑ_７）をスイッチング素子Ｑ_５（Ｑ_６）に対して１／６周期遅らせたタイミングでオンオフさせる。これにより、整流回路部２１，２２の出力電圧Ｖ_１，Ｖ_２は、転流によりスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_８にドレイン電流Ｉ_ｄが流れながらドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓが印加される状態がなくなるのでスイッチング損失が発生することはなく、高効率のＤＣ−ＤＣコンバータを実現している。
【００３３】
この燃料電池システムにおける燃料電池１は、複数の単電池セル７を積層した低出力電圧型スタックからなるが、例えば図２（ｂ）に示すようにその単電池セル７の積層数を高出力電圧型スタックよりも１／２程度となるように少なくし、かつ、単電池セル７の面積を高出力電圧型スタックの全面積と同一になるように２倍程度に大きくしたことにより、高出力電圧型スタックと同一電力をＤＣ−ＤＣコンバータ２に供給するに際して、燃料電池１の出力が低電圧・大電流となっていても、前述したようにＤＣ−ＤＣコンバータ２におけるスイッチング損失がないので、そのＤＣ−ＤＣコンバータ２の変換効率の低下を阻止できる（図７の破線は従来のＤＣ−ＤＣコンバータ、実線は実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータをそれぞれ示す）。
【００３４】
具体的に、低出力電圧型スタックからなる燃料電池１の出力電圧を高出力電圧型スタックの１／２倍、出力電流を２倍とした場合、従来のＤＣ−ＤＣコンバータとこの実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータとの比較を図８に示す。
【００３５】
同図に示すように燃料電池１の出力が高出力電圧型スタックの１／２倍程度の低電圧であると、スイッチング素子の耐電圧を１／２程度に低くすることが可能であり、スイッチング素子のオン抵抗は耐電圧の２．５乗に比例して指数関数的に小さくなるから導通損失が減少（０．１８倍）するが、燃料電池１の出力電流の増加により、ＤＣ−ＤＣコンバータでは導通損失は増大（４倍）し、一般的なＤＣ−ＤＣコンバータでは導通損失の減少分と増大分がほぼ相殺してしまうが、実施形態の場合にはスイッチング損失が発生しないので、耐電圧の低減（オン抵抗の低減）による導通損失の減少が電流増加による導通損失の増大を上回るため、結果的に、スイッチング損失によりＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率が低下することはない。
【００３６】
なお、スイッチング損失が発生しない他のＤＣ−ＤＣコンバータとしては、図９に示すような共振型ＤＣ−ＤＣコンバータがある。この共振型ＤＣ−ＤＣコンバータは、二対のスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_４とＱ_２，Ｑ_３（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）をフルブリッジ構成で燃料電池１に接続した共振インバータ１０と、その共振インバータ１０の出力側に接続されたトランスＴｒと、そのトランスＴｒの二次側に接続され、二対のダイオードＤ_１，Ｄ_４とＤ_２，Ｄ_３からなる整流回路部２０とで主要部が構成されている。このＤＣ−ＤＣコンバータでは、共振インバータ１０の直列共振回路３０を、コンデンサＣとリアクトルＬ（インダクタンス）により構成している。
【００３７】
このＤＣ−ＤＣコンバータでは、共振インバータ１０のスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_４とＱ_２，Ｑ_３を交互にオンオフさせて交流波形出力を得る。この共振インバータ１０の交流波形出力をトランスＴｒにより変成し、そのトランスＴｒの二次側出力を整流回路部２０により整流することにより、所望の直流出力電圧Ｖｏを生成する。
【００３８】
一般的に、共振インバータ１０は、スイッチング損失を低減することを目的として、コンデンサＣとリアクトルＬの共振動作により、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_４のスイッチング電圧が零の時にオンやオフを行う零電圧スイッチング（ＺＶＳ）や、スイッチング電流が零の時にオンやオフを行う零電流スイッチング（ＺＣＳ）を用いて、直流電圧を交流電圧に変換するものである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、単電池セルの積層数が従来品よりも少ない低出力電圧型スタックからなる燃料電池を使用したことにより、材料、組立および調整の面で大幅に安価な燃料電池システムを提供することができ、かつ、このような低出力電圧型スタックからなる燃料電池とスイッチング損失を低減化したＤＣ−ＤＣコンバータとの組み合わせで、燃料電池の出力が低電圧であっても、高出力電圧型スタックと同一電力をＤＣ−ＤＣコンバータに供給するに際して、燃料電池システムの効率の低下を阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの実施形態を示す概略回路構成ブロック図である。
【図２】燃料電池を構成する複数の単電池セルの積層状態を比較したもので、（ａ）は従来の単電池セルの積層構造を示す模式図、（ｂ）は本発明の実施形態における単電池セルの積層構造を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図４】図３のＤＣ−ＤＣコンバータの各スイッチング素子をオンオフさせるゲート信号のタイミングチャートである。
【図５】図３の整流回路部の出力電圧、トランスの一次側電圧、各スイッチング素子のドレイン−ソース間電圧およびドレイン電流の波形図である。
【図６】図５のトランスの一次側電圧波形の１周期における各スイッチング素子のオンオフ状態を示す表である。
【図７】実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータを用いた場合の燃料電池の出力電圧および出力電流と変換効率との関係を示す特性図である。
【図８】低出力電圧型スタックからなる燃料電池の出力電圧を高出力電圧型スタックの１／２倍、出力電流を２倍とした場合について、従来のＤＣ−ＤＣコンバータと実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータを比較した表である。
【図９】本発明の他の実施形態における共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３ ＤＣ−ＡＣインバータ
４ 連系保護装置
５ 商用電源
７ 単電池セル
１１，１２ 変換回路部
２１，２２ 整流回路部
Ｃ_１，Ｃ_２ 直列コンデンサ
Ｔｒ_１，Ｔｒ_２ トランス
Ｑ_１〜Ｑ_４，Ｑ_５〜Ｑ_８ スイッチング素子

Claims (6)

1. 複数の単電池セルを積層した低出力電圧型スタックからなり、その単電池セルの積層数を高出力電圧型スタックよりも少なくし、かつ、前記単電池セルの面積を高出力電圧型スタックの全面積と同一になるように大きくした燃料電池と、その燃料電池の出力側に接続され、スイッチング損失を低減化したＤＣ−ＤＣコンバータとを具備したことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、二対のスイッチング素子をフルブリッジ構成で接続した変換回路部を前記燃料電池に対してｎ群設け、各変換回路部の出力側にトランスを介して整流回路部を設けると共にそれら各変換回路部とトランスとの間に直列コンデンサを挿入接続し、各変換回路部で対をなすスイッチング素子のうち、一方のスイッチング素子に対して他方のスイッチング素子のスイッチング位相を１／３ｎ周期ずらすと共に、前記各変換回路部間で対応するスイッチング素子のスイッチング位相を１／２ｎ周期ずらすようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側にＤＣ−ＡＣインバータを接続し、そのＤＣ−ＡＣインバータを商用電源と連系させたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
5. 前記ＤＣ−ＡＣインバータと商用電源との連系点に、系統異常発生時にＤＣ−ＡＣインバータおよびＤＣ−ＤＣコンバータに停止信号を送出する連系保護装置を接続したことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池は、複数の低出力電圧型スタックを並列に接続して構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

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