JP2005174762A

JP2005174762A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2005174762A
Application number: JP2003413675A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Oda; 啓介小田; Mitsuie Matsumura; 光家松村; Akihiko Iwata; 明彦岩田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP4440617B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a fuel cell system capable of reducing the occurrence of electromagnetic noise at the time of conversion from DC power to AC power. <P>SOLUTION: The fuel cell system comprises a stack 111 laminating power generating cells 121 and an inverter 101 for converting the DC power obtained from the above stack 111 into the AC power and supplies the AC power to a load. A plurality of sets of the stack 111 and the inverter 101 are provided, and the above stacks 111-113 are mutually insulated and each output of the above inverters 101-103 is connected in series. A desired combination out of the each output is selected with the passage of time and by the sum of each output selected and combined with the passage of time, the AC power to be supplied to the load is produced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を有する燃料電池システムに関し、特に、発電スタックにて発生した電気エネルギーを電磁ノイズの発生を低減して交流電力に変換する燃料電池システムに係わる。 The present invention relates to a fuel cell system having a fuel cell that generates electrical energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and in particular, converts electrical energy generated in a power generation stack into AC power by reducing generation of electromagnetic noise. The present invention relates to a fuel cell system.

従来より、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行い、負荷に電力を供給する燃料電池システムが知られている。この電力をより多く得るために、従来の燃料電池システムにおいては、複数の発電セルを積層した１個の発電スタックにて発生した直流電力を、１つのインバータで一括して交流電力に変換させる構成にしている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system that generates electric power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen and supplies electric power to a load is known. In order to obtain more of this electric power, in the conventional fuel cell system, the DC power generated in one power generation stack in which a plurality of power generation cells are stacked is collectively converted into AC power by one inverter. (For example, refer to Patent Document 1).

特開２００２−１８４４４３号公報（段落番号００１７および００２５、図１および図２）JP 2002-184443 (paragraph numbers 0017 and 0025, FIG. 1 and FIG. 2)

従来の燃料電池システムでは、直流電力を交流電力に変換するインバータとして、比較的電圧歪みの少ないパルス幅変調方式を採用している。このパルス幅変調のスイッチング周波数は、一般には１０ｋＨｚ程度の高周波が知られており、発電スタックを直列に接続することによる高い直流電圧をスイッチングすることと相まって、電磁ノイズの発生が極めて大きいという問題点があった。 In a conventional fuel cell system, a pulse width modulation method with relatively little voltage distortion is employed as an inverter that converts DC power into AC power. The switching frequency of this pulse width modulation is generally known as a high frequency of about 10 kHz, and combined with switching a high DC voltage by connecting the power generation stack in series, the generation of electromagnetic noise is extremely large. was there.

この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、電磁ノイズの発生が低減できる燃料電池システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a fuel cell system capable of reducing the generation of electromagnetic noise.

この発明に係わる燃料電池システムは、発電セルを積層したスタックと、上記スタックより得られた直流電力を交流電力に変換するインバータとを備え、上記交流電力を負荷に供給する燃料電池システムにおいて、上記スタックと上記インバータの組を複数組有し、かつ上記スタックを互いに絶縁すると共に、上記インバータの各出力を直列接続し、上記各出力の中から所望の組み合わせを時間と共に選択し、時間と共に選択し組合わされた各出力の総和で上記負荷に供給する上記交流電力を生成させるようにしたものである。 A fuel cell system according to the present invention includes a stack in which power generation cells are stacked, and an inverter that converts DC power obtained from the stack into AC power, and supplies the AC power to a load. There are multiple sets of stacks and inverters, and the stacks are insulated from each other, and the outputs of the inverters are connected in series, and a desired combination is selected from the outputs with time. The AC power supplied to the load is generated as the sum of the combined outputs.

この発明の燃料電池システムによれば、電磁ノイズの発生を低減できる。 According to the fuel cell system of the present invention, generation of electromagnetic noise can be reduced.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す構成図である。図１（ａ）において、発電部１０４は、両側（紙面上、上下方向）に具備された端締付板１および端絶縁板２の間に、絶縁板（絶縁手段）３、および絶縁板３の両側（紙面上、上下方向）に具備された絶縁蓋４で絶縁されたスタック１１１〜１１３が複数個積層されている。この積層された複数個（この場合３個）のスタック１１１〜１１３、複数個の絶縁板３（この場合２個）、複数個の絶縁蓋４（この場合４個）、２個の端締付板１、および２個の端絶縁板２を、４組のボルト５、およびナット６によって、４ヶ所（図１（ｂ）参照）で一括締付されている。スタック１１１〜１１３は、それぞれ複数の発電セル１２１を、両側（紙面上、上下方向）に具備された２個の電極７で挟み込むように構成されている。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ方向から見た平面図である。 Embodiment 1 FIG.
1 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1 (a), the power generation unit 104 includes an insulating plate (insulating means) 3 and an insulating plate 3 between an end fastening plate 1 and an end insulating plate 2 provided on both sides (on the paper, in the vertical direction). A plurality of stacks 111 to 113 which are insulated by insulating lids 4 provided on both sides (up and down direction on the paper surface) are stacked. A plurality of stacked (in this case, three) stacks 111 to 113, a plurality of insulating plates 3 (in this case, two), a plurality of insulating lids 4 (in this case, four), and two end clamps The plate 1 and the two end insulating plates 2 are collectively clamped at four locations (see FIG. 1B) by four sets of bolts 5 and nuts 6. Each of the stacks 111 to 113 is configured to sandwich a plurality of power generation cells 121 between two electrodes 7 provided on both sides (on the paper surface, in the vertical direction). FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A viewed from the A direction.

次に、発電に欠かせない水素（以下、燃料ガスと称す）と酸素（以下、酸化剤ガスと称す）、および冷却水の発電部１０４に対する供給、および排出について説明する。燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水は、それぞれ燃料ガス入力ポート８、酸化剤ガス入力ポート１２、および冷却水入力ポート１０より供給され、各発電セル１２１内を、図１（ｂ）紙面上、上側から下側へ、さらに、燃料ガスは左側から右側へ、酸化剤ガスは右側から左側へ流れ、燃料ガス出力ポート９、酸化剤ガス出力ポート１３、および冷却水出力ポート１１より排出される。燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水は、各発電セル１２１へは、燃料ガス入力ポート８、酸化剤ガス入力ポート１２、および冷却水入力ポート１０と同心上にある、端締付板１、端絶縁板２、電極７、発電セル１２１、および絶縁蓋４を貫通した図示しない孔により供給されるが、スタック１１３の紙面上、上側の電極７、および紙面上、上側の端絶縁板２と端締付板１には、この孔は設けられておらず、また絶縁板３内には迂回路が介在している場合もある。各発電セル１２１から、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水は、燃料ガス出力ポート９、酸化剤ガス出力ポート１３、および冷却水出力ポート１１と同心上にある、絶縁蓋４、発電セル１２１、電極７、端絶縁板２、および端締付板１を貫通した図示しない孔により排出されるが、スタック１１１の紙面上、下側の電極７、および紙面上、下側の端絶縁板２と端締付板１には、排出用の孔は設けられておらず、また絶縁板３内には迂回路が介在している場合もある。なお、発電セル１２１内の流路、および絶縁板３内の迂回路（一例として、蛇行流路２９）の説明については後述する。 Next, supply and discharge of hydrogen (hereinafter referred to as fuel gas) and oxygen (hereinafter referred to as oxidant gas) and cooling water, which are indispensable for power generation, to the power generation unit 104 will be described. The fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water are respectively supplied from the fuel gas input port 8, the oxidant gas input port 12, and the cooling water input port 10, and the inside of each power generation cell 121 is shown in FIG. From the upper side to the lower side, further, the fuel gas flows from the left side to the right side, the oxidant gas flows from the right side to the left side, and is discharged from the fuel gas output port 9, the oxidant gas output port 13, and the cooling water output port 11. . The end fastening plate 1, which is concentric with the fuel gas input port 8, the oxidant gas input port 12, and the cooling water input port 10, is supplied to each power generation cell 121. Supplied by a hole (not shown) penetrating the end insulating plate 2, the electrode 7, the power generation cell 121, and the insulating lid 4, the upper electrode 7 and the upper end insulating plate 2 on the paper surface of the stack 113 The end fastening plate 1 is not provided with this hole, and there may be a detour in the insulating plate 3 in some cases. From each power generation cell 121, the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water are concentric with the fuel gas output port 9, the oxidant gas output port 13, and the cooling water output port 11. , The electrode 7, the end insulating plate 2, and the end fastening plate 1 are discharged through a hole (not shown), but on the paper surface of the stack 111, the lower electrode 7, and the lower end insulating plate 2 on the paper surface. The end clamping plate 1 is not provided with a discharge hole, and there may be a detour in the insulating plate 3. In addition, description of the flow path in the power generation cell 121 and the detour in the insulating plate 3 (for example, the meandering flow path 29) will be described later.

電極７は、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子とダイオード等で構成されたインバータ１０１〜１０３に接続されており、図からもわかるように、スタック１１１とインバータ１０１、スタック１１２とインバータ１０２、およびスタック１１３とインバータ１０３は、それぞれ一対の関係にある。インバータ１０１〜１０３は、ブリッジ構成された半導体スイッチング素子の出力を介して、直列接続されており、さらに、インバータ１０１の紙面上、下側の出力と、インバータ１０３の紙面上、上側の出力が、図示しないモーター等の負荷に接続され、この負荷に対し、交流電力を供給している。各インバータ１０１〜１０３の出力（＋出力、−出力）、停止は出力制御部１０５により制御される。 The electrode 7 is connected to inverters 101 to 103 each composed of a smoothing capacitor, a semiconductor switching element, a diode, and the like. As can be seen from the figure, the stack 111 and the inverter 101, the stack 112 and the inverter 102, and the stack 113 and The inverters 103 have a pair of relationships. The inverters 101 to 103 are connected in series via the output of the semiconductor switching element configured as a bridge. Further, the output on the lower side of the paper of the inverter 101 and the output on the upper side of the paper of the inverter 103 are as follows. It is connected to a load such as a motor (not shown), and AC power is supplied to this load. Output (+ output, −output) and stop of each inverter 101 to 103 are controlled by the output control unit 105.

続いて、発電セル１２１の内部構造を、図２に基づいて説明する。図２は、図１（ｂ）における断面Ｂ−Ｂのうち、発電セル１２１の１組のみを拡大した断面図である。高分子膜１６の両側（紙面上、上下方向）にカソード電極１５とアノード電極１７とが接合一体化された電極・膜接合体１３１を、酸化剤ガス用セパレータ１４と燃料ガス用セパレータ１８により挟み込むことで発電セル１２１が構成されている。酸化剤ガス用セパレータ１４には後述する酸化剤ガス用流路２１が、燃料ガス用セパレータ１８には、やはり後述する燃料ガス用流路２４が具備されており、さらに、燃料ガス用セパレータ１８には冷却水用流路２７が具備されている。この発電セル１２１を複数組、例えば、図１（ａ）に示すように、４組をそれぞれ２個の電極７で挟み込んでスタック１１１〜１１３を構成していることは前述の通りである。なお、図２において、紙面上、上側にカソード電極１５が、下側にアノード電極１７が配置されているが、上下逆でもよい（なお、図１の回路結線的には、紙面上、上側がアノード電極（＋）で、下側がカソード電極（−）の場合である）。ただし、カソード電極１５と酸化剤ガス用セパレータ１４、およびアノード電極１７と燃料ガス用セパレータ１８は、常に隣接して配置しておく必要がある。また、冷却水用流路２７は酸化剤ガス用セパレータ１４に具備されていてもよい。 Next, the internal structure of the power generation cell 121 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of only one set of the power generation cells 121 in the cross-section BB in FIG. An electrode / membrane assembly 131 in which the cathode electrode 15 and the anode electrode 17 are joined and integrated on both sides of the polymer membrane 16 (up and down in the drawing) is sandwiched between the oxidant gas separator 14 and the fuel gas separator 18. Thus, the power generation cell 121 is configured. The oxidant gas separator 14 is provided with an oxidant gas flow path 21 which will be described later, the fuel gas separator 18 is provided with a fuel gas flow path 24 which will also be described later. Is provided with a cooling water flow path 27. As described above, a plurality of sets of the power generation cells 121, for example, as shown in FIG. 1A, four sets are sandwiched between two electrodes 7 to constitute the stacks 111 to 113. In FIG. 2, the cathode electrode 15 and the anode electrode 17 are arranged on the upper side and the lower side of the drawing, respectively, but may be upside down (note that the upper and lower sides of the drawing in FIG. Anode electrode (+), lower side is cathode electrode (-)). However, the cathode electrode 15 and the oxidant gas separator 14, and the anode electrode 17 and the fuel gas separator 18 must always be disposed adjacent to each other. The cooling water flow path 27 may be provided in the oxidant gas separator 14.

酸化剤ガス用セパレータ１４における酸化剤ガスの流路を、図３に基づいて説明する。図３は、図１において、Ａ方向から見た酸化剤ガス用セパレータ１４のみの斜視図である。酸化剤ガスは、酸化剤ガス入力ポート１２（図１参照）と同心上にある酸化剤ガス用供給孔１９から、酸化剤ガス用流路２１を通って、酸化剤ガス用出力ポート１３（図１参照）と同心上にある酸化剤ガス用排出孔２０より抜けていく。酸化剤ガス用流路２１は、電極・膜接合体１３１（図２参照）との接触面より一段低い凹状の溝であるが、この電極・膜接合体１３１と積層されることで筒状の流路として作用する。 The flow path of the oxidant gas in the oxidant gas separator 14 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view of only the oxidant gas separator 14 as viewed from the direction A in FIG. The oxidant gas passes from the oxidant gas supply hole 19 concentric with the oxidant gas input port 12 (see FIG. 1), passes through the oxidant gas flow path 21, and passes through the oxidant gas output port 13 (see FIG. 1). 1), and oxidant gas discharge hole 20 that is concentric with the gas. The oxidant gas channel 21 is a concave groove that is one step lower than the contact surface with the electrode / membrane assembly 131 (see FIG. 2). Acts as a flow path.

燃料ガス用セパレータ１８における燃料ガスの流路を、図４に基づいて説明する。図４は、図１において、Ｃ方向から見た燃料ガス用セパレータ１８のみの斜視図である。燃料ガスは、燃料ガス入力ポート８（図１参照）と同心上にある燃料ガス用供給孔２２から、燃料ガス用流路２４を通って、燃料ガス出力ポート９（図１参照）と同心上にある燃料ガス用排出孔２３より抜けていく。燃料ガス用流路２４は、電極・膜接合体１３１（図２参照）との接触面より一段低い凹状の溝であるが、この電極・膜接合体１３１と積層されることで筒状の流路として作用する。 The fuel gas flow path in the fuel gas separator 18 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view of only the fuel gas separator 18 as viewed from the direction C in FIG. The fuel gas is concentric with the fuel gas output port 9 (see FIG. 1) from the fuel gas supply hole 22 which is concentric with the fuel gas input port 8 (see FIG. 1), through the fuel gas flow path 24. The fuel gas exits through the fuel gas discharge hole 23. The fuel gas flow path 24 is a concave groove that is one step lower than the contact surface with the electrode / membrane assembly 131 (see FIG. 2). Acts as a road.

続いて、燃料ガス用セパレータ１８における冷却水の流路を、図５に基づいて説明する。図５は、図１において、Ａ方向から見た燃料ガス用セパレータ１８のみの斜視図である。冷却水は、冷却水入力ポート１０（図１参照）と同心上にある冷却水用供給孔２５から、冷却水用流路２７を通って、冷却水出力ポート１１（図１参照）と同心上にある冷却水用排出孔２６より抜けていく。冷却水用流路２７は、酸化剤ガス用セパレータ１４（図２参照）との接触面より一段低い凹状の溝であるが、この酸化剤ガス用セパレータ１４、あるいは電極７（図１参照）と積層されることで筒状の流路として作用する。 Next, the flow path of the cooling water in the fuel gas separator 18 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view of only the fuel gas separator 18 as viewed from the direction A in FIG. The cooling water is concentric with the cooling water output port 11 (see FIG. 1) from the cooling water supply hole 25 which is concentric with the cooling water input port 10 (see FIG. 1), through the cooling water flow path 27. Through the cooling water discharge hole 26. The cooling water flow path 27 is a concave groove that is one step lower than the contact surface with the oxidant gas separator 14 (see FIG. 2). The oxidant gas separator 14 or the electrode 7 (see FIG. 1) By being laminated, it acts as a cylindrical flow path.

この実施の形態１では、スタック１１１〜１１３を積層するにあたり、各スタック間の絶縁を特に強化しておく必要がある。この絶縁には前述の通り、絶縁板３がその役目を担っているが、その構造について図６，図７に基づいて説明する。図６は、図１において、Ａ方向から見た絶縁板３のみの斜視図、図７は、図６の断面Ｄ−Ｄにおける断面図である。供給された冷却水は発電セル１２１を貫通した後、冷却水入力ポート１０（図１参照）、および冷却水用供給孔２５（図５参照）と同心上にある導入口２８に達し、一旦、蛇行流路２９を経て、貫通孔３０を通ったのち、蛇行流路２９の反対面に設けられている蛇行流路３１を経て、連絡口３２より次の発電セル１２１へ供給される。燃料ガス用セパレータ１８をそれぞれ通り排出された冷却水も同様に、冷却水出力ポート１１（図１参照）、および冷却水用排出孔２６（図５参照）と同心上にある導入口３３から入り、蛇行流路３４、貫通孔３５、蛇行流路３４の反対面に設けられた蛇行流路３６を通った後、連絡口３７より出ていく。このように、導入口および連絡口から離れた距離に貫通孔を配置、換言すれば、導入口と連絡口の間の絶縁沿面距離を確保することで、絶縁板３の絶縁性を高めている。なお、導入口２８および３３、蛇行流路２９、３１、３４および３６、連絡口３２および３７は、絶縁蓋４（図１（ａ）参照）との接触面より一段低い凹状の溝であるが、この絶縁蓋４と積層されることで筒状の流路として作用する。 In the first embodiment, in stacking the stacks 111 to 113, it is necessary to particularly strengthen the insulation between the stacks. As described above, the insulating plate 3 plays a role in this insulation. The structure will be described with reference to FIGS. 6 is a perspective view of only the insulating plate 3 as viewed from the direction A in FIG. 1, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along a section DD in FIG. After the supplied cooling water penetrates the power generation cell 121, it reaches the inlet 28 which is concentric with the cooling water input port 10 (see FIG. 1) and the cooling water supply hole 25 (see FIG. 5). After passing through the meandering channel 29 and passing through the through hole 30, it passes through the meandering channel 31 provided on the opposite surface of the meandering channel 29, and is supplied from the communication port 32 to the next power generation cell 121. Similarly, the cooling water discharged through the fuel gas separator 18 enters from the inlet 33 that is concentric with the cooling water output port 11 (see FIG. 1) and the cooling water discharge hole 26 (see FIG. 5). After passing through the meandering channel 34, the through-hole 35, and the meandering channel 36 provided on the opposite surface of the meandering channel 34, it exits from the communication port 37. In this way, the through holes are arranged at a distance away from the introduction port and the connection port, in other words, the insulation creepage distance between the introduction port and the connection port is ensured, thereby improving the insulation of the insulating plate 3. . The introduction ports 28 and 33, the meandering channels 29, 31, 34 and 36, and the communication ports 32 and 37 are concave grooves that are one step lower than the contact surface with the insulating lid 4 (see FIG. 1A). By being laminated with this insulating lid 4, it acts as a cylindrical flow path.

さらに、酸化剤ガスの排出についても、酸化剤ガス出力ポート１３（図１参照）、および酸化剤ガス用排出孔２０（図３参照）と同心上にある導入口３８および連絡口４２の間を、流路３９、貫通孔４０、および流路４１で繋ぐことで、やはり絶縁板３の絶縁性を高めている。なお、図６，図７では、酸化剤ガスの供給、および燃料ガスの供給・排出は、それぞれ貫通孔４３、４４、および４５となっているが、前述の酸化剤ガスの排出のように、流路経路を具備したものであってもよい。 Further, the oxidant gas is discharged between the inlet 38 and the communication port 42 concentric with the oxidant gas output port 13 (see FIG. 1) and the oxidant gas discharge hole 20 (see FIG. 3). By connecting the flow path 39, the through hole 40, and the flow path 41, the insulating property of the insulating plate 3 is also enhanced. 6 and 7, the supply of the oxidant gas and the supply / discharge of the fuel gas are through holes 43, 44, and 45, respectively. However, like the discharge of the oxidant gas described above, It may have a flow path.

このように構成された燃料電池システムにおいて、出力制御部１０５の制御にて、インバータ１０１〜１０３からの交流電力を組み合わせて、図示しない負荷へ供給する。具体的には、図８に示すように、例えば商用周波数を１２分割し、この１２分割されたそれぞれの時間Ｔ１〜Ｔ１２に対し、インバータ１０１〜１０３の出力を制御、例えば、時間Ｔ２においては、インバータ１０２および１０３から、また、時間Ｔ４においては、全てのインバータから、出力させることで、図９に示す交流波形に近い波形を生成することができる。 In the fuel cell system configured as described above, the AC power from the inverters 101 to 103 is combined and supplied to a load (not shown) under the control of the output control unit 105. Specifically, as shown in FIG. 8, for example, the commercial frequency is divided into 12 parts, and the outputs of the inverters 101 to 103 are controlled with respect to each of the divided time periods T1 to T12. By outputting from the inverters 102 and 103 and from all the inverters at time T4, a waveform close to the AC waveform shown in FIG. 9 can be generated.

図１０で、例えば、時間Ｔ２とＴ７のときの制御について説明する。時間Ｔ２では、図１でトランジスタＴＲ１〜ＴＲ１２を図１０のＴ２のときで示すように、各トランジスタをＯＮ，ＯＦＦ制御する。すると、電流は、図１で、負荷側の下側端子（−）からインバータ１０１のダイオードＤ１１―ＴＲ９ＯＮ―インバータ１０２のＴＲ８ＯＮ―スタック１２１―ＴＲ５ＯＮ―インバータ１０３のＴＲ４ＯＮ―スタック１２１―ＴＲ１ＯＮ―負荷側の上側端子（＋）に流れる。つまり、インバータ１０１は停止（出力側短絡）、インバータ１０２は出力、インバータ１０３は出力となり、インバータ１０２と１０３の出力が加算（総和）されて、負荷側端子間に加わることになる。 For example, the control at time T2 and T7 will be described with reference to FIG. At time T2, the transistors TR1 to TR12 are ON / OFF controlled as indicated by T2 in FIG. 10 in FIG. Then, in FIG. 1, the current flows from the lower terminal (−) of the load side to the diode D11-TR9ON of the inverter 101—TR8ON of the inverter 102—stack 121—TR5ON—TR4ON of the inverter 103—stack 121—TR1ON—load side It flows to the upper terminal (+). That is, the inverter 101 is stopped (output side short circuit), the inverter 102 is output, the inverter 103 is output, and the outputs of the inverters 102 and 103 are added (summed) and added between the load side terminals.

同様に、時間Ｔ７では、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ１２を図１０のＴ７のときで示すように、各トランジスタをＯＮ，ＯＦＦ制御する。すると、電流は、図１で、負荷側の上側端子（−）からインバータ１０３のＴＲ２ＯＮ―スタック１２１―ＴＲ３ＯＮ―インバータ１０２のＴＲ６ＯＮ―ダイオードＤ８―インバータ１０１のＴＲ１０ＯＮ―ダイオードＤ１２―負荷側の下側端子（＋）に流れる。つまり、インバータ１０３は出力、インバータ１０２は停止（出力側短絡）、インバータ１０１は停止（出力側短絡）となり、インバータ１０３の出力のみが、負荷側端子間に加わることになる。このようにして、図９に示す交流出力Ｔ１〜Ｔ１２が出力制御部１０５のインバータ１０１〜１０３制御により、負荷側端子間に加えることができる。 Similarly, at time T7, the transistors TR1 to TR12 are ON / OFF controlled as indicated by T7 in FIG. Then, in FIG. 1, the current flows from the upper terminal (−) on the load side to the TR2ON of the inverter 103—the stack 121—TR3ON—the TR6ON of the inverter 102—the diode D8—the TR10ON of the inverter 101—the diode D12—the lower terminal on the load side. It flows to (+). That is, the inverter 103 is an output, the inverter 102 is stopped (output side short circuit), the inverter 101 is stopped (output side short circuit), and only the output of the inverter 103 is applied between the load side terminals. In this way, the AC outputs T1 to T12 shown in FIG. 9 can be applied between the load side terminals under the control of the inverters 101 to 103 of the output control unit 105.

したがって、スタック１１１〜１１３で得られる直流電力をパルス幅変調する必要が無いので、電磁ノイズの発生を低く抑えることが可能となる。また、発電部１０４の絶縁性能強化、あるいは小型化の視点で捉えた場合、絶縁板３に冷却水の蛇行流路２９（迂回路）を設けることが好ましく、さらに、排出された酸化剤ガスの流路３９，４０，４１（迂回路）を設けるとなおよい。したがって、スタック１１１〜１１３を積層するにあたり、冷却水、あるいは排出された酸化剤ガスの導電性、換言すれば、これらによる湿気での絶縁低下を防ぐことができるので、スタック間の絶縁距離を広げる、つまり絶縁板３をむやみに厚くしなくてもよく、燃料電池システムの小型化に効果を奏する。 Therefore, since it is not necessary to perform pulse width modulation on the DC power obtained by the stacks 111 to 113, the generation of electromagnetic noise can be suppressed. In view of enhancing the insulating performance of the power generation unit 104 or from the viewpoint of downsizing, it is preferable to provide a meandering flow path 29 (detour) for the cooling water in the insulating plate 3, and further, the discharged oxidant gas It is even better to provide flow paths 39, 40, 41 (bypass). Therefore, in stacking the stacks 111 to 113, the conductivity of the cooling water or the discharged oxidant gas, in other words, it is possible to prevent a decrease in insulation due to moisture, so that the insulation distance between the stacks is increased. That is, it is not necessary to increase the thickness of the insulating plate 3 unnecessarily, which is effective for downsizing the fuel cell system.

以上、これまでの説明では、スタックを３個直列に接続していたが、４個以上がそれぞれ絶縁板３を挟み、直列に接続されていても同様の効果が得られるのは言うまでもない。また、絶縁蓋、および絶縁板を伴う積層ではなく、それぞれのスタックに、２個の端締付板、および２個の端絶縁板を設け、これを一つの独立したユニットとして、燃料電池システムを構築してもよい。 As described above, in the above description, three stacks are connected in series. Needless to say, the same effect can be obtained even when four or more stacks are connected in series with the insulating plate 3 interposed therebetween. Also, instead of stacking with an insulating lid and an insulating plate, each stack is provided with two end clamping plates and two end insulating plates, which are used as one independent unit for the fuel cell system. May be built.

実施の形態２．
実施の形態１では、スタック１１１〜１１３を構成する発電セル１２１は、それぞれのスタック１１１〜１１３において同数となっているが、図１１に示すように、発電セル１２１の積層数を変化させた燃料電池システムを実施の形態２として説明する。スタック１１１の出力をＶ１、スタック１１２の出力をＶ２、およびスタック１１３の出力をＶ３とすると、例えば、Ｖ１：Ｖ２：Ｖ３＝１：２：４になるように、スタック１１１〜１１３における発電セル１２１の積層数に差を持たせる。具体的には、図１１からもわかるように、スタック１１１の発電セル１２１は４組、スタック１１２の発電セル１２１は８組、スタック１１３の発電セル１２１は１６組とする。なお、このように複数の分割されたスタックの発電セルに差をもたせることを、「重み付けした分割」と便宜上呼ぶこととする。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the number of power generation cells 121 constituting the stacks 111 to 113 is the same in each of the stacks 111 to 113. However, as shown in FIG. A battery system will be described as a second embodiment. When the output of the stack 111 is V1, the output of the stack 112 is V2, and the output of the stack 113 is V3, for example, the power generation cells 121 in the stacks 111 to 113 are V1: V2: V3 = 1: 2: 4. A difference is made in the number of stacked layers. Specifically, as can be seen from FIG. 11, the power generation cells 121 of the stack 111 are four sets, the power generation cells 121 of the stack 112 are eight sets, and the power generation cells 121 of the stack 113 are sixteen sets. It should be noted that such a difference between power generation cells in a plurality of divided stacks is referred to as “weighted division” for convenience.

このように構成された燃料電池システムにおいて、出力制御部１０５（図１と同様につき省略している。）にて、インバータ１０１〜１０３からの交流電力を組み合わせて、図示しない負荷へ供給する。具体的には、図１２に示すように、例えば商用周波数を３２分割し、この３２分割されたそれぞれの時間Ｔ１〜Ｔ３２に対し、インバータ１０１〜１０３の出力を制御する。この出力については、前述の通り、各スタックの発電セルの数に差を持たせているので、例えば、時間Ｔ３とＴ５における出力は、それぞれ２個のインバータによって構成されているものの、インバータ１０２と１０３の出力レベルが違うため、トータル出力も異なっている。つまり、図１３からもわかるように、正負各７レベルから成る交流波形を生成することができる。したがって、この重み付けした分割を実施することにより、具備されるスタックが比較的少数であっても、より多くの交流電圧で構成される交流電力を得ることができる。 In the fuel cell system configured as described above, the output control unit 105 (not shown in FIG. 1) combines AC power from the inverters 101 to 103 and supplies it to a load (not shown). Specifically, as shown in FIG. 12, for example, the commercial frequency is divided into 32, and the outputs of the inverters 101 to 103 are controlled for each of the divided times T1 to T32. As described above, since this output has a difference in the number of power generation cells in each stack, for example, the outputs at times T3 and T5 are each composed of two inverters, Since the output level of 103 is different, the total output is also different. That is, as can be seen from FIG. 13, an alternating waveform composed of seven levels of positive and negative can be generated. Therefore, by performing this weighted division, it is possible to obtain AC power composed of more AC voltages even if the number of stacks provided is relatively small.

ところで、この実施の形態２では、図１２で示した各インバータの出力および停止状態を、タイムチャートに書き改めた図１４からもわかるように、各インバータとも１サイクルあたりの出力時間は、３２分割された時間（商用周波数５０Ｈｚとすると、０．６２５ｍｓ）の２０個分（よって、０．６２５×２０＝１２．５ｍｓ）となっている。つまり、各インバータの１サイクルあたりに占める出力時間（以下、デューティーと称す）は、全てのインバータにおいて等しくなるよう制御されている。これは、デューティーを同じにすることで、各スタックの平均出力電圧に変化を生じさせないためである。よって、より高い発電効率を有した燃料電池システムを得ることができる。 By the way, in the second embodiment, as can be seen from FIG. 14 in which the output and stop state of each inverter shown in FIG. 12 is rewritten in the time chart, the output time per cycle is divided into 32 for each inverter. This is 20 times (hence, 0.625 × 20 = 12.5 ms) of the set time (assuming a commercial frequency of 50 Hz, 0.625 ms). That is, the output time (hereinafter referred to as duty) for each inverter in one cycle is controlled to be equal in all inverters. This is because the average output voltage of each stack is not changed by making the duty the same. Therefore, a fuel cell system having higher power generation efficiency can be obtained.

図１３では、３２分割された時間Ｔ１〜Ｔ３２は、いわゆる等分分割した場合を示したが、より滑らかな交流波形を得るために、図１５に示すように、非等分分割されるケースも有り得る。例えば、時間Ｔ１とＴ３において、インバータ１０１から出力されているが、このＴ１とＴ３とでは、時間幅が異なっている。しかしながら、図１６に示すように、各インバータのデューティーが同じ（このケースでは、Ｔ１の時間幅を基準とすると、４０／５６）であれば、前述の通り、より高い発電効率を有した燃料電池システムを得ることができる。 FIG. 13 shows a case where the times T1 to T32 divided into 32 are so-called equally divided. However, in order to obtain a smoother AC waveform, there is a case where the time is divided evenly as shown in FIG. It is possible. For example, it is output from the inverter 101 at times T1 and T3, but the time width is different between T1 and T3. However, as shown in FIG. 16, if the duty of each inverter is the same (in this case, 40/56 based on the time width of T1), as described above, the fuel cell having higher power generation efficiency. You can get a system.

また、図１１では、重み付けした分割順に、各スタックを紙面上、下方から上方に向かって積層しているが、図１７に示すように、発電セル１２１の積層数の一番少ないスタック（この場合、１１１）を他のスタックで挟んだ積層にしてもよい。このことは、スタック１１１の体積あたりの発熱量が少ない、つまりスタック１１１の内部温度の低下による各スタックの温度差が小さくできるので、さらに発電効率を高めた燃料電池システムを得ることができる。 In FIG. 11, the stacks are stacked from the bottom to the top in the weighted division order, but as shown in FIG. 17, the stack with the smallest number of stacked power generation cells 121 (in this case) 111) may be stacked between other stacks. This means that the amount of heat generated per volume of the stack 111 is small, that is, the temperature difference between the stacks due to a decrease in the internal temperature of the stack 111 can be reduced, so that a fuel cell system with further improved power generation efficiency can be obtained.

なお、図１７では、図１あるいは図１１同様、隣りあったスタックが、スタックに対応したインバータ内のブリッジ構成された半導体スイッチング素子の出力を介して直列接続されるとともに、インバータ１０１の紙面上、下側の出力と、インバータ１０３の紙面上、上側の出力が、図示しないモーター等の負荷に接続されているが、これは重み付けした分割順に関係なく、積層順に接続しておかないと、スタック間で発生する電圧が大きくなるからである。 In FIG. 17, as in FIG. 1 or FIG. 11, adjacent stacks are connected in series via the output of a bridged semiconductor switching element in the inverter corresponding to the stack, and on the paper surface of the inverter 101, The lower output and the upper and lower outputs of the inverter 103 are connected to a load such as a motor (not shown), but this is not related to the weighted division order. This is because the voltage generated in the above becomes larger.

以上、これまでの説明では、各インバータのデューティーを１サイクルの範囲で等しくなるよう制御していたが、この１サイクルに限定されるわけではなく、例えば、数サイクル（実験結果では、５サイクル程度が好ましい）に跨って、各インバータのデューティーが等しくなるように制御されたものであってもよい。 In the above description, the duty of each inverter is controlled to be equal in the range of one cycle. However, the duty is not limited to this one cycle. For example, it is several cycles (in the experimental results, about five cycles). May be controlled so that the duty of each inverter becomes equal.

実施の形態３．
これまでの説明では、発電セル１２１から得られる直流電力は、全て同一であると仮定して述べてきた。しかし、実使用上においては、発電セル１２１の製造時のバラツキや経時変化などにより、それぞれの発電セルの出力特性にバラツキが生じることがある。具体的には図１８に示すように、例えば、２個の発電セル１２１−１および１２１−２の単位セル電圧と電流密度の関係を一つのグラフに表すと、出力電流Ｉｏを同じにしようとすれば、発電セル１２１−２の出力電圧がΔＶほど低くなることがわかる。 Embodiment 3 FIG.
In the description so far, the DC power obtained from the power generation cells 121 has been described on the assumption that they are all the same. However, in actual use, the output characteristics of the power generation cells may vary due to variations in manufacturing of the power generation cells 121 and changes over time. Specifically, as shown in FIG. 18, for example, if the relationship between the unit cell voltage and current density of the two power generation cells 121-1 and 121-2 is expressed in one graph, the output current Io is tried to be the same. Then, it can be seen that the output voltage of the power generation cell 121-2 decreases by ΔV.

したがって、この状態のまま、スタックを構成し、直流電力を出力したとしても、インバータにおいて合成した階段状波形の一つのステップ電圧値、つまり任意の時間Ｔｎにおける電圧値に影響を及ぼしてしまう。また、前述の通り、高い発電効率を有する燃料電池システムを得るためには、各スタックの平均出力電圧が等しいことが求められる。換言すれば、デューティーが悪い、つまり出力時間が長くなるとスタックの出力電圧が低くなり、発電効率が劣る。このことは、発電セル１２１の単位セル電圧にとっても同様であり、単位セル電圧の低い発電セル１２１は、その発電効率も悪い。よって、言うまでもないが、各発電セルの単位セル電圧に差がある状態での総合効率は、その差が無い状態に比べ悪くなる。そこで、各発電セルの単位セル電圧に差がある場合での、各スタックの平均出力電圧を合わせることを、実施の形態３として説明する。 Therefore, even if the stack is configured and the DC power is output in this state, one step voltage value of the stepped waveform synthesized in the inverter, that is, the voltage value at an arbitrary time Tn is affected. Further, as described above, in order to obtain a fuel cell system having high power generation efficiency, the average output voltage of each stack is required to be equal. In other words, when the duty is bad, that is, when the output time is long, the output voltage of the stack is lowered and the power generation efficiency is inferior. This also applies to the unit cell voltage of the power generation cell 121, and the power generation cell 121 having a low unit cell voltage has poor power generation efficiency. Therefore, it goes without saying that the overall efficiency in the state where there is a difference in the unit cell voltage of each power generation cell is worse than in the state where there is no difference. Thus, the third embodiment will be described in which the average output voltages of the stacks when the unit cell voltages of the power generation cells are different are combined.

図１９はこの発明の実施の形態３における燃料電池システムを示す構成図である。なお、上記実施の形態１と同一の部材については同一の符号を付して説明を省略し、以下、異なる部材についてのみ説明を行う。スタック１１１〜１１３は、実施の形態２と同様、重み付けした分割順に積層されており、このスタック１１１〜１１３を構成する一部品である電極７は、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子で構成されたインバータ１０１〜１０３に接続されるとともに、出力制御部１０５に接続されている。この出力制御部１０５からの信号は、インバータ１０１〜１０３に送られている。 FIG. 19 is a block diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, about the member same as the said Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and only a different member is demonstrated hereafter. As in the second embodiment, the stacks 111 to 113 are stacked in a weighted division order, and the electrode 7 that is one component constituting the stacks 111 to 113 is an inverter 101 formed of a smoothing capacitor and a semiconductor switching element. ˜103 and also connected to the output control unit 105. A signal from the output control unit 105 is sent to the inverters 101 to 103.

インバータ１０１〜１０３は、ブリッジ構成された半導体スイッチング素子の出力を介して直列接続されるとともに、インバータ１０１の紙面上、下側の出力が直接、また、インバータ１０３の紙面上、上側の出力が常時短絡スイッチ４６を介して、それぞれ負荷４９に接続されている。さらに、このインバータ１０１の紙面上、下側、およびインバータ１０３の紙面上、上側の出力は、常時開放スイッチ４７および試験用抵抗４８を介して、接続されている。なお、常時短絡スイッチ４６と常時開放スイッチ４７は、一方が短絡の場合は他方は開放、一方が開放の場合は他方は短絡、というように連動している。 The inverters 101 to 103 are connected in series via the outputs of the bridge-structured semiconductor switching elements, and the output on the lower and upper sides of the inverter 101 is directly directly, and the output on the upper and lower sides of the inverter 103 is always on the upper side. Each is connected to a load 49 via a short-circuit switch 46. Further, the outputs on the paper surface and the lower side of the inverter 101 and on the paper surface and the upper side of the inverter 103 are connected via a normally open switch 47 and a test resistor 48. It should be noted that the normally short-circuit switch 46 and the normally-open switch 47 are linked such that when one is short-circuited, the other is open, and when one is open, the other is short-circuited.

このように構成された燃料電池システムにおいて、その運転開始にあたり、図示しない補正ボタンを押したときに限り、常時短絡スイッチ４６が開放するとともに、常時開放スイッチ４７は短絡し、インバータ１０１〜１０３で組み合わされた交流電力は、試験用抵抗４８を試験用定電流Ｉｔとして流れ、常時開放スイッチ４７が短絡された情報が出力制御部１０５に送られる。ここで、スタック１１１の出力をＶａ、スタック１１２の出力をＶｂ、およびスタック１１３の出力をＶｃとすると、この状態において、Ｖａ、Ｖｂ、およびＶｃがモニター測定され、出力制御部１０５に入力される。出力制御部１０５では、ＶａおよびＶｂ、ＶｃをＶａと同数の発電セル１２１に換算した値（この場合、Ｖｂ／２およびＶｃ／４）、さらに既定の試験用定電流Ｉｔより、各スタックの出力電圧の補正値を演算する。 In the fuel cell system configured as described above, the short circuit switch 46 is always opened and the always open switch 47 is short-circuited only when a correction button (not shown) is pressed at the start of operation, and the inverters 101 to 103 are combined. The AC power thus passed flows through the test resistor 48 as a constant test current It, and information indicating that the normally open switch 47 is short-circuited is sent to the output control unit 105. Here, when the output of the stack 111 is Va, the output of the stack 112 is Vb, and the output of the stack 113 is Vc, in this state, Va, Vb, and Vc are monitored and input to the output control unit 105. . In the output control unit 105, Va, Vb, and Vc are converted into the same number of power generation cells 121 as Va (in this case, Vb / 2 and Vc / 4), and further, the output of each stack is output from a predetermined constant current for testing It. Calculate the voltage correction value.

具体的には、例えば、試験用定電流Ｉｔを２０ｍＡ、換算後のＶａを０．７Ｖ、Ｖｂを０．６８Ｖ、Ｖｃを０．６７Ｖとすると、各スタックの出力特性は図２０で示される。なお、この例では、各スタックの使用領域での特性曲線の傾きは−０．５となっているが、これは、セパレータ１４および１８、電極・膜接合体１３１、スタック１１１〜１１３などの設計構造によって決まる値であり、当然の如く、その設計構造の違いにより、特性曲線の傾きも異となってくる。 Specifically, for example, when the constant test current It is 20 mA, the converted Va is 0.7 V, Vb is 0.68 V, and Vc is 0.67 V, the output characteristics of each stack are shown in FIG. In this example, the slope of the characteristic curve in the use region of each stack is −0.5. This is because the design of the separators 14 and 18, the electrode / membrane assembly 131, the stacks 111 to 113, etc. The value is determined by the structure. As a matter of course, the slope of the characteristic curve varies depending on the design structure.

この各スタックの出力特性より、例えば、Ｖａを基準電圧とした場合の、ＶｂおよびＶｃにおける０．７Ｖを出力するのに必要な電流を算出する。スタック１１２が０．７Ｖを出力するのに必要な電流をＩｂ、スタック１１３が０．７Ｖを出力するのに必要な電流をＩｃとすると、図２０よりＩｂ、Ｉｃは、
Ｉｂ＝Ｉｔ−（（Ｖａ−Ｖｂ）／０．５）
Ｉｃ＝Ｉｔ−（（Ｖａ−Ｖｃ）／０．５）
で求められ、それぞれＩｂ＝１９．９６ｍＡ、Ｉｃ＝１９．９４ｍＡとなる。 From the output characteristics of each stack, for example, the current required to output 0.7 V at Vb and Vc when Va is the reference voltage is calculated. Assuming that the current necessary for the stack 112 to output 0.7V is Ib and the current necessary for the stack 113 to output 0.7V is Ic, Ib and Ic are
Ib = It − ((Va−Vb) /0.5)
Ic = It − ((Va−Vc) /0.5)
And Ib = 19.96 mA and Ic = 19.94 mA, respectively.

このＩｂおよびＩｃより、インバータ１０２および１０３のデューティーの低減率を算出する。具体的には、
Ｉｂ／Ｉｔ＝０．９９８、Ｉｃ／Ｉｔ＝０．９９７
より、インバータ１０２および１０３の１サイクルあたりの出力時間を、インバータ１０１に対し、それぞれ９９．８％、９９．７％に低減されるように、出力制御部１０５はインバータ１０２および１０３の半導体スイッチング素子に対し指示する。この補正が完了次第、常時開放スイッチ４７が開放、常時短絡スイッチ４６が短絡し、補正されたインバータの出力が組み合わされて、交流電力として負荷４９へ供給される。したがって、各発電セルの単位セル電圧に差がある場合でも、高い発電効率を有した燃料電池システムを得ることができる。 From these Ib and Ic, the duty reduction rate of inverters 102 and 103 is calculated. In particular,
Ib / It = 0.998, Ic / It = 0.997
Thus, the output control unit 105 is configured to reduce the output time per cycle of the inverters 102 and 103 to 99.8% and 99.7% of the inverter 101, respectively. Instruct. As soon as this correction is completed, the normally open switch 47 is opened, the normally shorted switch 46 is shorted, and the corrected inverter outputs are combined and supplied to the load 49 as AC power. Therefore, even when there is a difference in the unit cell voltage of each power generation cell, a fuel cell system having high power generation efficiency can be obtained.

なお、実施の形態１〜３では、単相交流出力について述べたが、三相交流出力の場合でも同様な方式で電磁ノイズの発生を低減した燃料電池システムが得られることは言うまでもない。さらにまた、直流電力の発生手段は、これまで説明した燃料電池に限るわけではなく、蓄電池、あるいは太陽光発電セルなどを複数個直列接続している場合においても、同様な方式で電磁ノイズの発生を低減した交流電力発生システムを得ることができる。 In the first to third embodiments, the single-phase AC output has been described. Needless to say, a fuel cell system in which the generation of electromagnetic noise is reduced by the same method can be obtained even in the case of a three-phase AC output. Furthermore, the means for generating DC power is not limited to the fuel cell described so far, and even when a plurality of storage batteries or photovoltaic power generation cells are connected in series, electromagnetic noise is generated in the same manner. It is possible to obtain an AC power generation system that reduces the above.

上述の技術は、直流電力の発生手段として、これまで説明した燃料電池に限るわけではなく、蓄電池、あるいは太陽光発電セルなどを複数個直列接続している場合においても、同様な方式で、電磁ノイズの発生を低減した交流電力発生システムを得ることができる。 The above-described technology is not limited to the fuel cell described so far as the means for generating DC power, and even in the case where a plurality of storage batteries or photovoltaic power generation cells are connected in series, the electromagnetic wave is generated in a similar manner. An AC power generation system with reduced noise generation can be obtained.

この発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention. 図１（ｂ）において断面Ｂ−Ｂに沿う発電セルのみの断面図である。It is sectional drawing of only the electric power generation cell which follows the cross section BB in FIG.1 (b). 図１（ａ）においてＡ方向から見た酸化剤ガス用セパレータのみの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of only the oxidant gas separator as viewed from the direction A in FIG. 図１（ａ）においてＣ方向から見た燃料ガス用セパレータのみの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of only a fuel gas separator as viewed from the direction C in FIG. 図１（ａ）において冷却水の流路を示すためにＡ方向から見た燃料ガス用セパレータのみの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of only a fuel gas separator viewed from the direction A in order to show a cooling water flow path in FIG. 図１（ａ）においてＡ方向から見た絶縁板の斜視図である。It is the perspective view of the insulating board seen from A direction in Fig.1 (a). 図６の断面Ｄ−Ｄに沿う断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which follows the cross section DD of FIG. 図１（ａ）のインバータの出力を表す図である。It is a figure showing the output of the inverter of Fig.1 (a). 図８を交流出力波形に置き換えた図である。It is the figure which replaced FIG. 8 with the alternating current output waveform. 図１（ａ）のインバータの制御を説明する図である。It is a figure explaining control of the inverter of Drawing 1 (a). 実施の形態２の燃料電池システムを示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to a second embodiment. 図１１のインバータの出力を表す図である。It is a figure showing the output of the inverter of FIG. 図１２を交流出力波形に置き換えた図である。FIG. 13 is a diagram in which FIG. 12 is replaced with an AC output waveform. 図１３を各インバータ毎のタイムチャートに置き換えた図である。FIG. 14 is a diagram in which FIG. 13 is replaced with a time chart for each inverter. 実施の形態２の燃料電池システムの変形例で、出力を交流出力波形に置き換えた図である。It is the figure which replaced the output with the alternating current output waveform in the modification of the fuel cell system of Embodiment 2. FIG. 図１５を各インバータ毎のタイムチャートに置き換えた図である。FIG. 16 is a diagram in which FIG. 15 is replaced with a time chart for each inverter. 実施の形態２の燃料電池システムの変形例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a modification of the fuel cell system according to the second embodiment. 実施の形態３の燃料電池システムにおける、発電セルの出力特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating output characteristics of a power generation cell in the fuel cell system according to Embodiment 3. 実施の形態３の燃料電池システムを示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to a third embodiment. 図１９の各スタックの出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of each stack of FIG.

Explanation of symbols

１端締付板２端絶縁板
３絶縁板４絶縁蓋
５ボルト６ナット
７電極８燃料ガス入力ポート
９燃料ガス出力ポート１０冷却水入力ポート
１１冷却水出力ポート１２酸化剤ガス入力ポート
１３酸化剤ガス出力ポート１４酸化剤ガス用セパレータ
１５カソード電極１６高分子膜
１７アノード電極１８燃料ガス用セパレータ
１９酸化剤ガス用供給孔２０酸化剤ガス用排出孔
２１酸化剤ガス用流路２２燃料ガス用供給孔
２３燃料ガス用排出孔２４燃料ガス用流路
２５冷却水用供給孔２６冷却水用排出孔
２７冷却水用流路２８導入口
２９蛇行流路３０貫通孔
３１蛇行流路３２連絡口
３３導入口３４蛇行流路
３５貫通孔３６蛇行流路
３７連絡口３８導入口
３９流路４０貫通孔
４１流路４２連絡口
４３〜４５貫通孔４６常時短絡スイッチ
４７常時開放スイッチ４８試験用抵抗
４９負荷
１０１〜１０３インバータ１０４発電部
１０５出力制御部１１１〜１１３スタック
１２１発電セル
ＴＲ１〜ＴＲ１２トランジスタＤ８，Ｄ１１，Ｄ１２ダイオード。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 End clamping plate 2 End insulating plate 3 Insulating plate 4 Insulation lid 5 Bolt 6 Nut 7 Electrode 8 Fuel gas input port 9 Fuel gas output port 10 Cooling water input port 11 Cooling water output port 12 Oxidant gas input port 13 Oxidizing agent Gas output port 14 Oxidant gas separator 15 Cathode electrode 16 Polymer film 17 Anode electrode 18 Fuel gas separator 19 Oxidant gas supply hole 20 Oxidant gas discharge hole 21 Oxidant gas flow path 22 Fuel gas supply Hole 23 Fuel gas discharge hole 24 Fuel gas flow path 25 Cooling water supply hole 26 Cooling water discharge hole 27 Cooling water flow path 28 Inlet port 29 Meandering channel 30 Through hole 31 Meandering channel 32 Connecting port 33 Introduction Port 34 Meandering channel 35 Through hole 36 Meandering channel 37 Connecting port 38 Inlet port 39 Channel 40 Through hole 41 Channel 42 Connecting port 4 45 through-hole 46 at all times the short-circuit switch 47 normally open switch 48 test resistor 49 loads 101-103 inverter 104 power generating section 105 outputs the control section 111 to 113 stack 121 generating cell TR1~TR12 transistors D8, D11, D12 diodes.

Claims

In a fuel cell system that includes a stack in which power generation cells are stacked, and an inverter that converts DC power obtained from the stack into AC power, and supplies the AC power to a load.
There are multiple sets of the stack and the inverter, and the stack is insulated from each other, and the outputs of the inverter are connected in series, and a desired combination is selected from the outputs with time. A fuel cell system characterized in that the AC power supplied to the load is generated by the sum of the combined outputs.

By controlling the inverter, the AC output is generated by selecting a desired combination output from the serially connected outputs for each time obtained by dividing the AC output in time. The fuel cell system according to claim 1.

The time division of the AC output is non-equal division, and for each time divided into non-equal divisions, a desired combination output is selected from the above-described outputs connected in series so that AC power is generated. The fuel cell system according to claim 2, wherein

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the stacks that are insulated from each other are stacked together.

5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the insulating means for insulating between the stacks is provided with a bypass for cooling water.

6. The fuel cell system according to claim 4, wherein a bypass for oxidizing gas is provided on the discharge side of the insulating means for insulating between the stacks.

4. The fuel cell system according to claim 1, wherein DC power obtained from the stacks insulated from each other is weighted by changing the number of power generation cells to be stacked. 5.

8. The fuel cell system according to claim 7, wherein a stack that outputs the minimum DC power among the plurality of stacks is stacked in a lump so as to be sandwiched between other stacks.

9. The fuel cell system according to claim 7, wherein outputs of inverters of adjacent stacks are connected in series in the stacking order of the stacks.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the total time during which DC power is obtained within a predetermined time is the same for all stacks.

The total time for obtaining DC power within a certain time is set to be the same for all stacks, and the time to obtain DC power is finely adjusted according to the characteristics of the power generation cell. The fuel cell system according to claim 10.