JP2007242533A - Voltage converter for fuel cell - Google Patents

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卓志 熊谷
Seiji Oka
誠治 岡
Katsutaka Tanabe
勝隆 田邊
Kotaro Nakamura
耕太郎 中村
Masao Mabuchi
雅夫 馬渕
Kenichi Inoue
健一 井上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dissolve the problem requiring the design change of a booster circuit according to the change of the specification of a fuel cell. <P>SOLUTION: The booster circuit 12 is placed between the fuel cell 2 and an inverter 13 to boosts the DC voltage of a DC power from the fuel cell, and to supply the DC power of a boosted DC current to the inverter. The booster circuit 12 has two transducers 123 having a predetermined transformer ratio. A parallel circuit pattern 12A connecting the each input side wiring 121 of the two transformers in parallel, and a series circuit pattern 12B connecting the each input side wiring of the two transformers are preliminary prepared. One of the parallel circuit pattern or the series circuit pattern related to the range of the allowed input voltage corresponding to an output voltage range becomes possible to be selected according to the output voltage of the DC current generated by the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば燃料電池と系統電源とを連系して、例えば家電機器等の一般負荷に電力供給する燃料電池発電システムのパワーコンディショナ装置(以下、単にパワコン装置と称する)に使用され、燃料電池及びインバータ間で、燃料電池にて発電した直流電圧を昇圧し、この昇圧した直流電圧をインバータに供給する、例えば昇圧回路等の燃料電池用電圧変換装置に関する。   The present invention is used, for example, in a power conditioner device (hereinafter simply referred to as a power conditioner device) of a fuel cell power generation system that links a fuel cell and a system power source and supplies power to a general load such as a home appliance. The present invention relates to a voltage converter for a fuel cell such as a booster circuit that boosts a DC voltage generated by the fuel cell between a fuel cell and an inverter and supplies the boosted DC voltage to an inverter.

従来、このような一般的な燃料電池発電システムは、例えばガス、灯油やアルコール等を改質して水素を抽出し、この抽出した水素と空気中の酸素とを反応させて直流電力を発電する燃料電池と、商用電源等の系統電源と、燃料電池及び系統電源間に配置され、燃料電池にて発電した直流電力を変換するインバータ機能を備えたパワコン装置とを有し、パワコン装置は、燃料電池からの直流電力の直流電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路で昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータとを有している。   Conventionally, such a general fuel cell power generation system extracts, for example, hydrogen by reforming gas, kerosene, alcohol, etc., and reacts the extracted hydrogen with oxygen in the air to generate DC power. A fuel cell, a system power source such as a commercial power source, and a power conditioner device disposed between the fuel cell and the system power source and having an inverter function for converting DC power generated by the fuel cell. A booster circuit that boosts the DC voltage of the DC power from the battery, and an inverter that converts the DC power boosted by the booster circuit into AC power.

このような一般的な燃料電池発電システムに使用されるパワコン装置内部の昇圧回路においては、燃料電池からの直流電力の出力電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲を備え、この許容入力電圧範囲内で燃料電池からの直流電力を入力可能にし、この直流電力の直流電圧を昇圧して、この昇圧した直流電圧の直流電力をインバータに供給するものである。   The booster circuit inside the power converter device used in such a general fuel cell power generation system has an allowable input voltage range corresponding to the output voltage range of the DC power from the fuel cell, and within this allowable input voltage range. The DC power from the fuel cell can be input, the DC voltage of the DC power is boosted, and the DC power of the boosted DC voltage is supplied to the inverter.

しかしながら、このような燃料電池発電システムによれば、燃料電池の種類・製法及び燃料電池のセル量に応じて発電する直流電力の出力電圧範囲は製造メーカ毎に仕様が異なるため、その燃料電池の仕様に応じて、燃料電池及びインバータ間に配置される昇圧回路の許容入力電圧範囲の変更も余儀なくされることから、昇圧回路内部のトランスの昇圧比も含めた設計変更が必要とし、燃料電池システム毎にカスタマイズを行わなければならないのが実情である。   However, according to such a fuel cell power generation system, the specifications of the output voltage range of DC power generated according to the type and manufacturing method of the fuel cell and the amount of cells of the fuel cell differ from manufacturer to manufacturer. Depending on the specifications, the allowable input voltage range of the booster circuit arranged between the fuel cell and the inverter must be changed, so a design change including the boost ratio of the transformer inside the booster circuit is required, and the fuel cell system The fact is that you have to customize every time.

尚、例えばトランスの昇圧比を変更する先行技術としては、燃料電池の直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの交流出力電圧を変換する出力用変圧器とを備え、出力用変圧器は、二次巻線に備えたタップ巻線と、タップを選択するタップ選択部とを有し、燃料電池の経年変化で出力電圧が低下した場合、タップ選択することで出力用変圧器の変圧比を大きくして出力電圧の低下を補償するようにしたものが知られている(例えば特許文献1参照)。
特開平11−162491号公報(要約書及び図1参照)
For example, as a prior art for changing the step-up ratio of the transformer, an output transformer including an inverter that converts the DC power of the fuel cell into AC power and an output transformer that converts the AC output voltage of the inverter is provided. Has a tap winding provided in the secondary winding and a tap selection unit for selecting a tap, and when the output voltage drops due to aging of the fuel cell, the tap transformer can be selected by selecting the tap. A device in which the ratio is increased to compensate for a decrease in output voltage is known (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-162491 (see abstract and FIG. 1)

しかしながら、特許文献1の燃料電池用電圧変換装置によれば、燃料電池及びインバータ間に配置された昇圧回路を発明対象とせず、そもそも、例えば20V〜50Vの出力電圧範囲仕様の燃料電池を、2倍の40V〜100Vの出力電圧範囲仕様の燃料電池に変更した場合、昇圧回路の許容入力電圧範囲も20V〜50V仕様から40V〜100V仕様に変更する調整機能、すなわち燃料電池の仕様変更に伴う出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の許容入力電圧範囲を調整する機能は備えておらず、燃料電池の仕様変更に応じて昇圧回路内部のトランスの昇圧比を含めた設計変更が必要である。   However, according to the voltage conversion device for a fuel cell disclosed in Patent Document 1, a booster circuit disposed between the fuel cell and the inverter is not the subject of the invention. In the first place, for example, a fuel cell having an output voltage range specification of 20V to 50V is 2 When the fuel cell is changed to a 40V to 100V output voltage range specification, the allowable input voltage range of the booster circuit is also changed from 20V to 50V specification to 40V to 100V specification, that is, the output accompanying the change of the fuel cell specification There is no function to adjust the allowable input voltage range of the booster circuit according to the change of the voltage range, and it is necessary to change the design including the boost ratio of the transformer inside the booster circuit according to the specification change of the fuel cell .

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる燃料電池用電圧変換装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is for a fuel cell that can flexibly cope with an allowable input voltage range of a booster circuit in accordance with a change in the output voltage range of the fuel cell. The object is to provide a voltage converter.

上記目的を達成するために本発明の燃料電池用電圧変換装置は、燃料電池及びインバータ間に配置され、前記燃料電池からの直流電圧を昇圧して、この昇圧した直流電圧を前記インバータに供給する燃料電池用電圧変換装置であって、所定変圧比のトランスを複数配置し、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続する並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続する直列回路パターンとを予め備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にしたものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell voltage converter according to the present invention is disposed between a fuel cell and an inverter, boosts a DC voltage from the fuel cell, and supplies the boosted DC voltage to the inverter. A voltage conversion device for a fuel cell, in which a plurality of transformers having a predetermined transformation ratio are arranged, a parallel circuit pattern in which input-side wirings of the plurality of transformers are connected in parallel, and input-side wirings of the plurality of transformers are connected in series. The parallel circuit pattern or the series circuit pattern relating to an allowable input voltage range corresponding to the same voltage range according to a voltage range of DC power generated by the fuel cell It can be selected alternatively.

従って、本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続した並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続した直列回路パターンとを備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が20V〜50Vの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が40V〜100Vの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の設計変更を要することなく、昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。   Therefore, according to the voltage converter for a fuel cell of the present invention, a parallel circuit pattern in which the input side wirings of the plurality of transformers are connected in parallel, and a series circuit in which the input side wirings of the plurality of transformers are connected in series. The parallel circuit pattern or the series circuit pattern relating to the allowable input voltage range corresponding to the same voltage range can be alternatively selected according to the voltage range of the DC power generated by the fuel cell. For example, when the output voltage range of the fuel cell is 20V to 50V, the parallel circuit pattern is selected, and when the output voltage range of the fuel cell is 40V to 100V, the series circuit pattern is selected. The allowable input voltage range of the booster circuit can be flexibly accommodated without changing the design of the booster circuit in accordance with the change of the voltage range.

また、本発明の燃料電池用電圧変換装置は、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択する選択手段と、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧量に応じて、同電圧量に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択すべく、前記選択手段を制御する制御手段とを有するようにした。   The voltage conversion device for a fuel cell according to the present invention includes a selection unit that selectively selects the parallel circuit pattern or the series circuit pattern, and a voltage conversion unit configured to select a DC power generated by the fuel cell. Control means for controlling the selection means is provided to selectively select the parallel circuit pattern or the series circuit pattern related to the allowable input voltage range corresponding to the voltage amount.

従って、本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを自動的に選択するようにした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が20V〜50Vの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が40V〜100Vの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の設計変更を要することなく、昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。   Therefore, according to the voltage conversion device for a fuel cell of the present invention, according to the voltage range of DC power generated by the fuel cell, the parallel circuit pattern or the parallel circuit pattern related to the allowable input voltage range corresponding to the same voltage range. The series circuit pattern is automatically selected. For example, when the output voltage range of the fuel cell is 20V to 50V, the parallel circuit pattern is selected, and when the output voltage range of the fuel cell is 40V to 100V, the series circuit pattern is selected. By selecting, the allowable input voltage range of the booster circuit can be flexibly dealt with without changing the design of the booster circuit according to the change of the output voltage range of the fuel cell.

上記のように構成された本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続した並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続した直列回路パターンとを備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が20V〜50Vの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が40V〜100Vの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて、昇圧回路の設計変更を要することなく、昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。   According to the fuel cell voltage converter of the present invention configured as described above, the parallel circuit pattern in which the input-side wirings of the plurality of transformers are connected in parallel and the input-side wirings of the plurality of transformers are connected in series. The parallel circuit pattern or the series circuit pattern related to the allowable input voltage range corresponding to the same voltage range is selected according to the voltage range of the DC power generated by the fuel cell. For example, when the output voltage range of the fuel cell is 20V to 50V, the parallel circuit pattern is selected. When the output voltage range of the fuel cell is 40V to 100V, the series circuit pattern is selected. According to the change in the output voltage range of the fuel cell, the allowable input voltage range of the booster circuit can be flexibly accommodated without requiring a design change of the booster circuit Kill.

以下、図面に基づいて本発明の燃料電池用電圧変換装置に関わる実施の形態を示す燃料電池発電システムついて説明する。図1は本実施の形態を示す燃料電池発電システム内部の概略構成を示すブロック図である。   Hereinafter, a fuel cell power generation system showing an embodiment relating to a voltage converter for a fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration inside the fuel cell power generation system according to the present embodiment.

図1に示す燃料電池発電システム1は、例えばガス、灯油やアルコール等を改質して水素を抽出し、この抽出した水素と空気中の酸素とを反応させて直流電力を発電する燃料電池2と、商用電源等の系統電源3と、燃料電池2及び系統電源3間に配置され、燃料電池2にて発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ機能及び、例えば系統電源3側の停電を監視する監視機能を備えたパワコン装置4と、この燃料電池発電システム1全体を制御するメインコントローラ5とを有している。   A fuel cell power generation system 1 shown in FIG. 1 is, for example, a fuel cell 2 that generates direct-current power by reforming gas, kerosene, alcohol, or the like to extract hydrogen and reacting the extracted hydrogen with oxygen in the air. And an inverter function that is arranged between the system power source 3 such as a commercial power source, the fuel cell 2 and the system power source 3 and converts the DC power generated by the fuel cell 2 into AC power, and for example, a power failure on the system power source 3 side. A power conditioner 4 having a monitoring function for monitoring and a main controller 5 for controlling the entire fuel cell power generation system 1 are provided.

また、パワコン装置4は、燃料電池2からの直流電力にフィルタ処理を施す第1フィルタ11と、この第1フィルタ11でフィルタ処理を施した直流電力の直流電圧を昇圧する昇圧回路12と、この昇圧回路12で昇圧した直流電圧の直流電力を交流電力に変換するインバータ13と、このインバータ13にて変換された交流電力にフィルタ処理を施す第2フィルタ14と、燃料電池2及び系統電源3間を電気的に接続又は遮断する系統側開閉器15と、様々な情報を記憶するメモリ部16と、メインコントローラ5と通信接続する通信インタフェース17と、パワコン装置4全体を制御する制御装置18と、制御装置18及び通信インタフェース17に制御電力を供給する制御用電源19と、系統電源3から電力を供給する系統側電力供給部20とを有している。   The power converter device 4 includes a first filter 11 that performs a filtering process on the DC power from the fuel cell 2, a booster circuit 12 that boosts a DC voltage of the DC power that has been filtered by the first filter 11, Between the inverter 13 that converts the DC power of the DC voltage boosted by the booster circuit 12 into AC power, the second filter 14 that filters the AC power converted by the inverter 13, and between the fuel cell 2 and the system power supply 3 A system-side switch 15 that electrically connects or disconnects, a memory unit 16 that stores various information, a communication interface 17 that communicates and connects with the main controller 5, a control device 18 that controls the entire power control device 4, A control power supply 19 that supplies control power to the control device 18 and the communication interface 17, and a grid-side power supply that supplies power from the grid power supply 3 And a 20.

系統側電力供給部20は、系統電源3からの交流電力を変圧する絶縁トランス21と、絶縁トランス21にて変圧した交流電力を直流電力に整流し、かつ、この直流電力を、逆流防止用ダイオード23を通じて制御用電源19に供給する整流器22とを有している。   The system-side power supply unit 20 rectifies the AC power transformed by the insulation transformer 21 into DC power, and rectifies the DC power into DC power. And a rectifier 22 that supplies power to the control power source 19 through 23.

制御装置18は、例えば燃料電池2が発電中の場合、系統側開閉器15を通じて燃料電池2及び系統電源3間を電気的に接続すると共に、例えば燃料電池2の発電停止を検出すると、系統側開閉器15を通じて燃料電池2及び系統電源3間の電気的接続を遮断するものである。   For example, when the fuel cell 2 is generating power, the control device 18 electrically connects the fuel cell 2 and the system power source 3 through the system-side switch 15 and detects the power generation stop of the fuel cell 2, for example. The electrical connection between the fuel cell 2 and the system power supply 3 is cut off through the switch 15.

また、制御用電源19は、燃料電池2が発電中の場合、燃料電池2にて発電した直流電力を第1フィルタ11及び昇圧回路12間で抽出し、この抽出した直流電力を制御電力として制御装置18及び通信インタフェース17に供給するものである。   Further, when the fuel cell 2 is generating power, the control power source 19 extracts DC power generated by the fuel cell 2 between the first filter 11 and the booster circuit 12, and controls the extracted DC power as control power. This is supplied to the device 18 and the communication interface 17.

また、制御用電源19は、燃料電池2が発電停止した場合、系統側開閉器15を通じて燃料電池2及び系統電源3間の電気的接続を遮断することで、系統電源3からの交流電力を系統側電力供給部20内の絶縁トランス21、整流器22及び逆流ダイオード23を通じて直流電力に変換し、この直流電力を制御電力として制御装置18及び通信インタフェース17に供給するものである。   Further, when the power generation of the fuel cell 2 is stopped, the control power source 19 cuts off the electrical connection between the fuel cell 2 and the system power source 3 through the system side switch 15, thereby supplying AC power from the system power source 3 to the system. The DC power is converted to DC power through the insulating transformer 21, the rectifier 22 and the reverse current diode 23 in the side power supply unit 20, and this DC power is supplied to the control device 18 and the communication interface 17 as control power.

図2はパワコン装置4の昇圧回路12内部の概略構成を示す説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration inside the booster circuit 12 of the power control device 4.

図2に示す昇圧回路12は、入力側配線121及び出力側配線122を備えた、所定変圧比の2台のトランス123を配置し、各トランク123の入力側配線121同士を並列に接続する並列回路パターン12A(図2(a)参照)と、各トランク123の入力側配線121同士を直列に接続する直列回路パターン12B(図2(b)参照)とを備え、これら並列回路パターン12A及び直列回路パターン12Bを択一的に選択可能な構成としている。   The booster circuit 12 shown in FIG. 2 includes two transformers 123 having an input-side wiring 121 and an output-side wiring 122 and having a predetermined transformation ratio, and connects the input-side wirings 121 of the trunks 123 in parallel. A circuit pattern 12A (see FIG. 2A) and a series circuit pattern 12B (see FIG. 2B) for connecting the input-side wirings 121 of the trunks 123 in series are provided. The circuit pattern 12B can be alternatively selected.

図2(a)に示す昇圧回路12は、並列回路パターン12Aを選択した場合を示し、トランス123の入力側配線121同士を並列に接続することで大電流回路を構成し、第1フィルタ11からの直流電力の一定電圧量を維持したまま、電流量を増やして直流電力を各トランス123に供給し、各トランス123は、制御装置18の指令に基づき、同直流電力の直流電圧を所定電圧(例えば330V)に昇圧し、この昇圧した直流電力をインバータ13に供給するものである。   The booster circuit 12 shown in FIG. 2A shows a case where the parallel circuit pattern 12A is selected. The input circuit wirings 121 of the transformer 123 are connected in parallel to form a large current circuit. The DC power is supplied to each transformer 123 by increasing the amount of current while maintaining a constant voltage amount of the DC power, and each transformer 123 converts the DC voltage of the DC power to a predetermined voltage (based on a command from the controller 18). For example, the voltage is boosted to 330 V), and the boosted DC power is supplied to the inverter 13.

図2(b)に示す昇圧回路12は、直列回路パターン12Bを選択した場合を示し、トランス123の入力側配線121同士を直列に接続することで高電圧回路を構成し、第1フィルタ11からの直流電力の一定電流量を維持したまま、電圧量を増やして直流電力を各トランス123に供給し、各トランス123は、制御装置18の指令に基づき、同直流電力の直流電圧を所定電圧(例えば330V)に昇圧し、この昇圧した直流電力をインバータ13に供給するものである。   The booster circuit 12 shown in FIG. 2B shows a case where the series circuit pattern 12B is selected. The high-voltage circuit is configured by connecting the input-side wirings 121 of the transformer 123 in series. The DC power is supplied to each transformer 123 by increasing the amount of voltage while maintaining a constant current amount of the DC power, and each transformer 123 converts the DC voltage of the DC power to a predetermined voltage (based on a command from the controller 18). For example, the voltage is boosted to 330 V), and the boosted DC power is supplied to the inverter 13.

尚、請求項記載の燃料電池用電圧変換装置は昇圧回路12、燃料電池は燃料電池2、インバータはインバータ13、トランスはトランス123、入力側配線は入力側配線121、直列回路パターンは直列回路パターン12B、並列回路パターンは並列回路パターン12A、選択手段はパターン切替部30、制御手段は制御装置18に相当するものである。   The fuel cell voltage converter is the booster circuit 12, the fuel cell is the fuel cell 2, the inverter is the inverter 13, the transformer is the transformer 123, the input side wiring is the input side wiring 121, and the series circuit pattern is the series circuit pattern. 12B, the parallel circuit pattern corresponds to the parallel circuit pattern 12A, the selection means corresponds to the pattern switching unit 30, and the control means corresponds to the control device 18.

次に本実施の形態を示す燃料電池発電システム1の動作について説明する。   Next, operation | movement of the fuel cell power generation system 1 which shows this Embodiment is demonstrated.

尚、説明の便宜上、燃料電池発電システム1内で使用中の燃料電池2の出力電圧範囲は20V〜50V、昇圧回路12は、燃料電池2の出力電圧範囲に応じて許容入力電圧範囲を20V〜50Vとする並列回路パターン14Aを選択しているものとする。   For convenience of explanation, the output voltage range of the fuel cell 2 in use in the fuel cell power generation system 1 is 20 V to 50 V, and the booster circuit 12 has an allowable input voltage range of 20 V to 20 V depending on the output voltage range of the fuel cell 2. It is assumed that the parallel circuit pattern 14A of 50V is selected.

この際、昇圧回路12は、並列回路パターン12Aを選択しているため、許容入力電圧範囲が燃料電池2の出力電圧範囲(20V〜50V)の仕様に対応し、燃料電池2からの直流電力を入力することができる。   At this time, since the booster circuit 12 selects the parallel circuit pattern 12A, the allowable input voltage range corresponds to the specification of the output voltage range (20V to 50V) of the fuel cell 2, and the DC power from the fuel cell 2 is increased. Can be entered.

さらに、昇圧回路12は、並列回路パターン12Aを選択して、各トランス123の入力側配線121同士を並列に接続して大電流回路を構成することで、この大電流回路で第1フィルタ11からの直流電力に対して一定電圧量を維持したまま、電流量を増やして各トランス123に供給することになる。   Furthermore, the booster circuit 12 selects the parallel circuit pattern 12A and connects the input-side wirings 121 of the transformers 123 in parallel to form a large current circuit. The current amount is increased and supplied to each transformer 123 while maintaining a constant voltage amount with respect to the direct current power.

また、燃料電池発電システム1内で使用中の出力電圧範囲20V〜50V仕様の燃料電池2を、出力電圧範囲40V〜100V仕様の燃料電池2に変更する場合、昇圧回路12は、許容入力電圧範囲を40V〜100Vとする直列回路パターン14Bを選択することで、許容入力電圧範囲は燃料電池2の出力電圧範囲(40V〜100V)の仕様に対応し、燃料電池2からの直流電力を入力することができる。   When the fuel cell 2 having an output voltage range of 20V to 50V specification being used in the fuel cell power generation system 1 is changed to the fuel cell 2 having an output voltage range of 40V to 100V specification, the booster circuit 12 has an allowable input voltage range. By selecting the series circuit pattern 14B that sets 40V to 100V, the allowable input voltage range corresponds to the specification of the output voltage range (40V to 100V) of the fuel cell 2, and DC power from the fuel cell 2 is input. Can do.

さらに、昇圧回路12は、直列回路パターン12Bを選択して、各トランス123の入力側配線121同士を直列に接続して高電圧回路を構成することで、この高電圧回路で第1フィルタ11からの直流電力に対して一定電流量を維持したまま、電圧量を増やして各トランス123に供給することになる。   Further, the booster circuit 12 selects the series circuit pattern 12B and connects the input-side wirings 121 of the transformers 123 in series to form a high voltage circuit. The voltage amount is increased and supplied to each transformer 123 while maintaining a constant current amount with respect to the direct current power.

本実施の形態によれば、2台のトランス123の入力側配線121同士を並列に接続した並列回路パターン12Aと、2台のトランス123の入力側配線121同士を直列に接続した直列回路パターン12Bとを備え、燃料電池2にて発電する直流電力の出力電圧範囲に応じて、同出力電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、並列回路パターン12A又は直列回路パターン12Bを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池2の出力電圧範囲が20V〜50Vの場合は並列回路パターン12Aを選択し、燃料電池2の出力電圧範囲が40V〜100Vの場合は直列回路パターン12Bを選択することで、設計変更を加えることなく、燃料電池2の出力電圧範囲の変更に応じて昇圧回路12の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができる。   According to the present embodiment, the parallel circuit pattern 12A in which the input-side wirings 121 of the two transformers 123 are connected in parallel, and the series circuit pattern 12B in which the input-side wirings 121 of the two transformers 123 are connected in series. In accordance with the output voltage range of the DC power generated by the fuel cell 2, the parallel circuit pattern 12A or the series circuit pattern 12B relating to the allowable input voltage range corresponding to the output voltage range is alternatively selected. For example, when the output voltage range of the fuel cell 2 is 20V to 50V, the parallel circuit pattern 12A is selected. When the output voltage range of the fuel cell 2 is 40V to 100V, the series circuit pattern 12B is selected. Without changing the design, the allowable input voltage range of the booster circuit 12 can be flexibly handled according to the change of the output voltage range of the fuel cell 2. It is possible.

また、本実施の形態によれば、直列回路パターン12Bを選択すると、定電流量を維持したまま、電圧量を増やす高電圧回路が機能し、並列回路パターン12Aを選択すると、定電圧量を維持したまま、電流量を増やす大電流回路が機能することになるため、燃料電池2の仕様に応じて、高電圧回路又は大電流回路の機能をフレキシブルに付加することができる。   Further, according to the present embodiment, when the series circuit pattern 12B is selected, the high voltage circuit that increases the voltage amount functions while maintaining the constant current amount, and when the parallel circuit pattern 12A is selected, the constant voltage amount is maintained. Accordingly, since the large current circuit that increases the amount of current functions, the function of the high voltage circuit or the large current circuit can be flexibly added according to the specifications of the fuel cell 2.

尚、上記実施の形態においては、2台のトランス123の入力側配線121同士を並列に接続した並列回路パターン12Aと、2台のトランス123の入力側配線121同士を直列に接続した直列回路パターン12Bとを択一的に選択するようにしたが、トランス123の数はN台であってもよく、図3(b)に示すようにN台のトランス123の入力側配線121同士を並列に接続した並列回路パターン12Aと、図3(a)に示すようにN台のトランス123の入力側配線121同士を直列に接続した直列回路パターン12Aとを択一的に選択可能にするようにしても、燃料電池2及びインバータ13の様々な仕様に対応することができる。   In the above embodiment, the parallel circuit pattern 12A in which the input-side wirings 121 of the two transformers 123 are connected in parallel and the series circuit pattern in which the input-side wirings 121 of the two transformers 123 are connected in series. 12B is selected alternatively, but the number of transformers 123 may be N, and as shown in FIG. 3B, the input-side wirings 121 of the N transformers 123 are connected in parallel. The connected parallel circuit pattern 12A and the series circuit pattern 12A in which the input-side wirings 121 of the N transformers 123 are connected in series as shown in FIG. In addition, various specifications of the fuel cell 2 and the inverter 13 can be supported.

また、上記実施の形態においては、図4に示すように、昇圧回路12内部の2台のトランス123の入力側配線121同士を並列又は直列に切替接続するパターン切替部30を備え、パワコン装置4内部の制御装置18は、燃料電池2にて発電する直流電力の電圧量に応じて、昇圧回路12の並列回路パターン12A又は直列回路パターン12Bを切替選択するパターン切替部30を切替制御するようにしても良く、この場合、直列回路パターン12B又は並列回路パターン12Aの選択操作を自動化することができる。   Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 4, the pattern switching part 30 which carries out the switching connection of the input side wirings 121 of the two transformers 123 inside the booster circuit 12 in parallel or in series is provided. The internal control device 18 switches and controls the pattern switching unit 30 that switches and selects the parallel circuit pattern 12A or the series circuit pattern 12B of the booster circuit 12 according to the voltage amount of the DC power generated by the fuel cell 2. In this case, the selection operation of the series circuit pattern 12B or the parallel circuit pattern 12A can be automated.

上記のように構成された本発明の燃料電池用電圧変換装置によれば、前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続した並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続した直列回路パターンとを備え、前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にした、例えば燃料電池の出力電圧範囲が20V〜50Vの場合は並列回路パターンを選択し、燃料電池の出力電圧範囲が40V〜100Vの場合は直列回路パターンを選択することで、燃料電池の出力電圧範囲の変更に応じて昇圧回路の許容入力電圧範囲をフレキシブルに対応することができ、例えば燃料電池発電システムに使用するパワコン装置内部の昇圧回路に有用である。   According to the fuel cell voltage converter of the present invention configured as described above, the parallel circuit pattern in which the input-side wirings of the plurality of transformers are connected in parallel and the input-side wirings of the plurality of transformers are connected in series. The parallel circuit pattern or the series circuit pattern related to the allowable input voltage range corresponding to the same voltage range is selected according to the voltage range of the DC power generated by the fuel cell. For example, when the output voltage range of the fuel cell is 20V to 50V, the parallel circuit pattern is selected. When the output voltage range of the fuel cell is 40V to 100V, the series circuit pattern is selected. The allowable input voltage range of the booster circuit can be flexibly accommodated according to changes in the output voltage range of the fuel cell, for example, used in a fuel cell power generation system Useful for boosting circuit within that power conditioner.

本発明の燃料電池用電圧変換装置の実施の形態を示す燃料電池発電システム内部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure inside the fuel cell power generation system which shows embodiment of the voltage converter for fuel cells of this invention. 本実施の形態に関わるパワコン装置の要部である昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。a)2台のトランスの入力側配線同士を並列に接続した場合(並列回路パターン)b)2台のトランスの入力側配線同士を直列に接続した場合(直列回路パターン)It is a block diagram which shows schematic structure of the step-up circuit which is the principal part of the power converter apparatus in connection with this Embodiment. a) When the input side wirings of two transformers are connected in parallel (parallel circuit pattern) b) When the input side wirings of two transformers are connected in series (series circuit pattern) 他の実施の形態に関わるパワコン装置の要部である昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。a)N台のトランスの入力側配線同士を並列に接続した場合(並列回路パターン)b)N台のトランスの入力側配線同士を直列に接続した場合(直列回路パターン)It is a block diagram which shows schematic structure of the pressure | voltage rise circuit which is the principal part of the power inverter apparatus in connection with other embodiment. a) When the input side wirings of N transformers are connected in parallel (parallel circuit pattern) b) When the input side wirings of N transformers are connected in series (series circuit pattern) 他の実施の形態に関わるパワコン装置の要部である昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the pressure | voltage rise circuit which is the principal part of the power inverter apparatus in connection with other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

2 燃料電池
12 昇圧回路(燃料電池用電圧変換装置)
12A 並列回路パターン
12B 直列回路パターン
13 インバータ
18 制御装置(制御手段)
30 パターン切替部(選択手段)
121 入力側配線
123 トランス
2 Fuel cell 12 Booster circuit (Fuel cell voltage converter)
12A Parallel circuit pattern 12B Series circuit pattern 13 Inverter 18 Control device (control means)
30 pattern switching unit (selection means)
121 Input side wiring 123 Transformer

Claims (2)

燃料電池及びインバータ間に配置され、前記燃料電池からの直流電圧を昇圧して、この昇圧した直流電圧を前記インバータに供給する燃料電池用電圧変換装置であって、
所定変圧比のトランスを複数配置し、
前記複数のトランスの入力側配線同士を並列に接続する並列回路パターンと、前記複数のトランスの入力側配線同士を直列に接続する直列回路パターンとを予め備え、
前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧範囲に応じて、同電圧範囲に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択可能にしたことを特徴とする燃料電池用電圧変換装置。
A fuel cell voltage converter that is arranged between a fuel cell and an inverter, boosts a DC voltage from the fuel cell, and supplies the boosted DC voltage to the inverter,
Arrange multiple transformers with a predetermined transformation ratio,
A parallel circuit pattern for connecting the input side wirings of the plurality of transformers in parallel, and a series circuit pattern for connecting the input side wirings of the plurality of transformers in series are provided in advance,
According to a voltage range of DC power generated by the fuel cell, the parallel circuit pattern or the series circuit pattern related to an allowable input voltage range corresponding to the voltage range can be alternatively selected. A fuel cell voltage converter.
前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択する選択手段と、
前記燃料電池にて発電する直流電力の電圧量に応じて、同電圧量に対応した許容入力電圧範囲に関わる、前記並列回路パターン又は前記直列回路パターンを択一的に選択すべく、前記選択手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池用電圧変換装置。

A selection means for alternatively selecting the parallel circuit pattern or the series circuit pattern;
The selection means for alternatively selecting the parallel circuit pattern or the series circuit pattern related to the allowable input voltage range corresponding to the voltage amount according to the voltage amount of DC power generated by the fuel cell. 2. The fuel cell voltage converter according to claim 1, further comprising control means for controlling the fuel cell.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012531879A (en) * 2009-06-24 2012-12-10 ブルサ エレクトロニック アーゲー Power distribution circuit for moving body with motor
CN108306514A (en) * 2018-03-09 2018-07-20 深圳市高斯宝电气技术有限公司 A kind of DC-DC converter of fuel cell

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