JP2010213480A - Power converter of fuel cell - Google Patents

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圭一 佐藤
Hiroshi Nagasato
洋 永里
Shinobu Kake
忍 懸
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玄道 加藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the performance and reliability of a power converter for a fuel cell by reducing common mode noises. <P>SOLUTION: This power converter includes at least: a fuel cell 20; a converter 22, which converts DC electric power output from the fuel cell 20; a transformer 23, which transfers the electric power converted at the converter 22 to an inverter 25 connected to a commercial system 26; and a conductor 27 provided between the primary winding of the transformer 23 connected to the converter 22 and the secondary winding of the transformer 23 connected to the inverter 25. The conductor 27 has a structure of being connected to either one of cathode side bus 28 connected to the cathode side output terminal and anode side bus 29 connected to the anode side output terminal of the fuel cell 20 connected to the converter 22. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の直流電力を商用周波数の交流電力に変換し家庭内負荷に電力供給する電力変換装置の、特にトランスを介して伝達される高周波ノイズを低減する構成に関する。   The present invention relates to a power conversion device that converts DC power of a fuel cell into AC power having a commercial frequency and supplies power to a household load, and particularly relates to a configuration that reduces high-frequency noise transmitted through a transformer.

従来、電力変換装置は、燃料電池の直流電力を交流電力に変換する場合、まず、燃料電池の出力電圧をコンバータとトランスにより商用系統の電圧を超える直流電圧まで昇圧する。そして、昇圧した直流電圧を、インバータにより交流電圧に変換して、商用系統に接続された家庭内負荷に電力を供給する。   Conventionally, when converting direct current power of a fuel cell into alternating current power, the power conversion device first boosts the output voltage of the fuel cell to a direct current voltage exceeding the voltage of the commercial system by a converter and a transformer. Then, the boosted DC voltage is converted into an AC voltage by an inverter, and power is supplied to a domestic load connected to the commercial system.

このとき、コンバータおよびインバータは、電力変換を行うためのスイッチング素子が使用される。そして、トランスの一方はコンバータを1次側に、他方は商用系統に接続されるインバータを2次側に接続されている。   At this time, a switching element for performing power conversion is used for the converter and the inverter. One of the transformers is connected to the primary side of the converter, and the other is connected to the secondary side of an inverter connected to the commercial system.

以下に特許文献1で開示されている従来の電力変換装置について、図面を用いて説明する。図11は従来の電力変換装置の回路図で、図12は従来の電力変換装置のトランス構成を示す断面図である。   Hereinafter, a conventional power conversion device disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a circuit diagram of a conventional power converter, and FIG. 12 is a cross-sectional view showing a transformer configuration of the conventional power converter.

なお、一般に、燃料電池の電力変換装置の場合、燃料電池をトランスの1次側、商用系統をトランスの2次側として定義して説明する。そのため、図11は、特許文献1に記載されている回路図と左右を反転して記載している。   In general, in the case of a power conversion device for a fuel cell, the fuel cell is defined as the primary side of the transformer and the commercial system is defined as the secondary side of the transformer. For this reason, FIG. 11 shows the circuit diagram described in Patent Document 1 with the left and right reversed.

図11に示すように、電力変換装置は、まず、商用系統1を、フィルタ2、ブリッジダイオード(DB)および平滑コンデンサ(Cin)からなる整流平滑部3で直流電圧に変換する。そして、スイッチング素子(Q1)、(Q2)などから構成されるハーフブリッジ回路4で高周波電圧に変換する。   As shown in FIG. 11, the power conversion apparatus first converts the commercial system 1 into a DC voltage by a rectifying / smoothing unit 3 including a filter 2, a bridge diode (DB), and a smoothing capacitor (Cin). And it converts into a high frequency voltage with the half bridge circuit 4 comprised from switching element (Q1), (Q2).

その後、トランス6および2次側整流平滑部7を介して負荷8に電力を供給する。このとき、トランス巻線の一端を整流平滑部3の安定電位部(Aと図示)に接続し、他端を未接続とした巻線を追加巻線として有する構成を備えている。   Thereafter, power is supplied to the load 8 through the transformer 6 and the secondary side rectifying / smoothing unit 7. At this time, the transformer winding has a configuration in which one end of the transformer winding is connected to the stable potential portion (shown as A) of the rectifying and smoothing unit 3 and the other end is unconnected as an additional winding.

ここで、図12に示すように、追加巻線11は、コア12に巻かれた1次巻線9と2次巻線10の間に設けられている。これにより、2次側と1次側の隣接する巻線に印加される電位差を、例えば130Vから40Vに低減することができる。   Here, as shown in FIG. 12, the additional winding 11 is provided between the primary winding 9 and the secondary winding 10 wound around the core 12. Thereby, the potential difference applied to the adjacent windings on the secondary side and the primary side can be reduced from 130V to 40V, for example.

その結果、2次側から1次側へ伝達されるコモンモードノイズが低減できるとしている。つまり、トランス6の2次巻線に接続される負荷側で発生するノイズが、トランス6を介して1次巻線9に接続される商用系統側に伝達されることを低減することができるというものである。
特開2001−352755号公報
As a result, common mode noise transmitted from the secondary side to the primary side can be reduced. That is, noise generated on the load side connected to the secondary winding of the transformer 6 can be reduced from being transmitted to the commercial system side connected to the primary winding 9 via the transformer 6. Is.
JP 2001-352755 A

しかしながら、上記従来の構成では、電力変換装置を燃料電池に適用した場合、トランス6の2次側には燃料電池で発生される直流電力を変換するコンバータが接続される。そのため、トランス6の2次側が電力を消費するのみの受動素子で構成された従来の構成のコモンモードノイズレベルより大きなノイズレベルとなる。このとき、コンバータで発生する高周波ノイズは、トランス6の1次巻線9と2次巻線10間の浮遊容量を介して、コモンモードノイズとして、トランス6の1次側に接続された商用系統1に伝達されてしまう。   However, in the above conventional configuration, when the power conversion device is applied to a fuel cell, a converter for converting DC power generated in the fuel cell is connected to the secondary side of the transformer 6. Therefore, the noise level is higher than the common mode noise level of the conventional configuration in which the secondary side of the transformer 6 is composed of passive elements that only consume power. At this time, the high frequency noise generated in the converter is common mode noise via the stray capacitance between the primary winding 9 and the secondary winding 10 of the transformer 6 and is connected to the primary side of the transformer 6. 1 is transmitted.

そこで、コモンモードノイズの遮断手段(追加巻線)をトランスの1次側(商用系統側)に接続する従来の構成を、図13を用いて説明する。   Therefore, a conventional configuration in which the common mode noise blocking means (additional winding) is connected to the primary side (commercial system side) of the transformer will be described with reference to FIG.

図13は、従来の電力変換装置のコモンモードノイズが伝達する経路を説明する構成図である。図13に示すように、トランスの2次側から1次側へコモンモードノイズが、第1浮遊容量13と第2浮遊容量14を介して伝達されるため、回路ループが大きくなる。そのため、コモンモードノイズが、電力変換装置自身の回路動作や商用系統に接続される他の電気機器へ影響をおよぼすという課題があった。   FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a path through which common mode noise is transmitted in a conventional power converter. As shown in FIG. 13, since common mode noise is transmitted from the secondary side of the transformer to the primary side via the first stray capacitance 13 and the second stray capacitance 14, the circuit loop becomes large. Therefore, there has been a problem that the common mode noise affects the circuit operation of the power converter itself and other electrical equipment connected to the commercial system.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、コモンモードノイズを低減して、燃料電池の電力変換装置の性能および信頼性を向上することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to reduce common mode noise and improve the performance and reliability of a power conversion device for a fuel cell.

なお、燃料電池の電力変換装置においては、燃料電池を主体に考え、燃料電池に接続される回路がトランスの1次側と定義するのが通例である。従って、特許文献1と本発明とのトランスの1次、2次の定義が反対になっている。   In a fuel cell power conversion device, the fuel cell is mainly considered, and the circuit connected to the fuel cell is usually defined as the primary side of the transformer. Therefore, the primary and secondary definitions of the transformer of Patent Document 1 and the present invention are opposite.

上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池の電力変換装置は、燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を変換するコンバータと、コンバータで変換された電力を商用系統に接続されたインバータに電力伝送するトランスと、コンバータと接続されるトランスの1次巻線とインバータに接続されるトランスの2次巻線との間に設けられた導電体と、を少なくとも備え、導電体が、コンバータに接続される燃料電池の+側出力端子に接続された+側母線および−側出力端子に接続された−側母線のいずれか一方に接続された構成を有する。   In order to solve the above conventional problems, a fuel cell power conversion device according to the present invention connects a fuel cell, a converter that converts DC power output from the fuel cell, and power converted by the converter to a commercial system. A transformer for transmitting power to the inverter, and a conductor provided between the primary winding of the transformer connected to the converter and the secondary winding of the transformer connected to the inverter, Has a configuration connected to either the + side bus connected to the + side output terminal of the fuel cell connected to the converter or the − side bus connected to the − side output terminal.

これにより、燃料電池の電力変換を行うコンバータで発生する高周波ノイズが、トランスの浮遊容量を介して商用系統側へ伝達されるコモンモードノイズを低減できる。また、燃料電池へのコモンモードノイズによる影響を低減することにより、燃料電池の電力変換装置の性能および信頼性を向上することができる。   Thereby, the high frequency noise which generate | occur | produces in the converter which performs the power conversion of a fuel cell can reduce the common mode noise transmitted to the commercial system side via the floating capacity of a transformer. Moreover, the performance and reliability of the power converter of the fuel cell can be improved by reducing the influence of the common mode noise on the fuel cell.

本発明の燃料電池の電力変換装置は、燃料電池の電力変換を行うコンバータで発生する高周波ノイズが、トランスの浮遊容量を介して商用系統側へ伝達されるコモンモードノイズを低減できる。また、燃料電池へのコモンモードノイズによる影響を低減することにより、燃料電池の電力変換装置の性能および信頼性を向上することができる。   The fuel cell power conversion device of the present invention can reduce common mode noise in which high-frequency noise generated in a converter that performs power conversion of a fuel cell is transmitted to the commercial system via the stray capacitance of the transformer. Moreover, the performance and reliability of the power converter of the fuel cell can be improved by reducing the influence of the common mode noise on the fuel cell.

第1の発明は、燃料電池と、燃料電池から出力される直流電力を変換するコンバータと、コンバータで変換された電力を商用系統に接続されたインバータに電力伝送するトランスと、コンバータと接続されるトランスの1次巻線とインバータに接続されるトランスの2次巻線との間に設けられた導電体と、を少なくとも備え、導電体が、コンバータに接続される燃料電池の+側出力端子に接続された+側母線および−側出力端子に接続された−側母線のいずれか一方に接続された構成を有する。   A first invention is connected to a fuel cell, a converter for converting DC power output from the fuel cell, a transformer for transmitting power converted by the converter to an inverter connected to a commercial system, and the converter. A conductor provided between the primary winding of the transformer and the secondary winding of the transformer connected to the inverter, and the conductor is connected to the + side output terminal of the fuel cell connected to the converter. It has the structure connected to any one of the connected + side bus | bath and the-side bus connected to the-side output terminal.

これにより、燃料電池の電力変換を行うコンバータで発生する高周波ノイズが、トランスの浮遊容量を介して商用系統側へ伝達されるコモンモードノイズを低減できる。   Thereby, the high frequency noise which generate | occur | produces in the converter which performs the power conversion of a fuel cell can reduce the common mode noise transmitted to the commercial system side via the floating capacity of a transformer.

第2の発明は、第1の発明において、導電体は、少なくとも第1導電体および第2導電体から構成され、第1導電体が燃料電池の+側出力端子に接続された+側母線に接続され、第2導電体が燃料電池の−側出力端子に接続された−側母線に接続されている。これにより、コンバータのスイッチングによりトランスの1次巻線には、燃料電池の出力電圧と0ボルトが交互に印加される場合でも、効果的にコモンモードノイズを低減して、変換効率などの性能や信頼性をさらに向上した燃料電池の電力変換装置を実現できる。   According to a second invention, in the first invention, the conductor is composed of at least a first conductor and a second conductor, and the first conductor is connected to the + side bus connected to the + side output terminal of the fuel cell. The second conductor is connected to a negative bus connected to the negative output terminal of the fuel cell. As a result, even when the output voltage of the fuel cell and 0 volt are alternately applied to the primary winding of the transformer by switching of the converter, the common mode noise is effectively reduced, and the performance such as conversion efficiency and A fuel cell power conversion device with further improved reliability can be realized.

第3の発明は、第1または第2の発明において、コンバータは、燃料電池の+側出力端子と−側出力端子との間に並列接続された平滑コンデンサを有し、導電体は、平滑コンデンサと燃料電池との間を接続する−側出力端子および−側母線に接続されている。   According to a third invention, in the first or second invention, the converter has a smoothing capacitor connected in parallel between the + side output terminal and the − side output terminal of the fuel cell, and the conductor is a smoothing capacitor. Are connected to a negative output terminal and a negative bus.

これにより、コンバータのスイッチングによる高周波大電流ラインへの接続を避けることができる。その結果、導電体の電位をより安定させ、効果的にコモンモードノイズを低減することができる。   As a result, connection to the high-frequency high-current line due to switching of the converter can be avoided. As a result, the electric potential of the conductor can be further stabilized and common mode noise can be effectively reduced.

第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明において、コンデンサを、さらに備え、コンデンサの一端が+側母線および−側母線のいずれか一方に接続された導電体の接続点と同一箇所に接続され、コンデンサの他端が筐体に接続されている。これにより、コンバータから発生するコモンモードノイズを、導電体に発生する浮遊容量からコンデンサを介して流すことができる。その結果、コモンモードノイズの燃料電池への流れ込みを低減して、燃料電池の電力変換装置の性能および信頼性を向上できる。   A fourth invention is the same as any one of the first to third inventions, further comprising a capacitor, wherein the capacitor has one end connected to one of the positive side bus and the negative side bus. The other end of the capacitor is connected to the housing. Thereby, the common mode noise generated from the converter can flow from the stray capacitance generated in the conductor through the capacitor. As a result, the flow of common mode noise into the fuel cell can be reduced, and the performance and reliability of the power converter of the fuel cell can be improved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional examples or the embodiments described above, and detailed description thereof will be omitted. The present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における電力変換装置について、図1から図3を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the power converter in Embodiment 1 of this invention is demonstrated using FIGS. 1-3.

図1は、本発明の実施の形態1における電力変換装置の回路構成を示す回路図である。図2は、本発明の実施の形態1における電力変換装置のトランス構成を示す断面図である。図3は、本発明の実施の形態1における電力変換装置のコモンモードノイズが伝達する経路を説明するための説明図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a transformer configuration of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a path through which common mode noise is transmitted in the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、燃料電池の電力変換装置は、燃料電池20と、平滑コンデンサ21と、コンバータ22と、トランス23と、整流平滑回路24とおよびインバータ25から少なくとも構成され、商用系統26とインバータ25を介して接続されている。そして、トランス23の1次巻線と2次巻線の間には、導電体27が設けられ、導電体27の一端が、例えば図面中に示されるB点でコンバータ22の−側母線29と接続されている。なお、−側とは、燃料電池のアノード側であり、+側とは、燃料電池のカソード側に相当するものである。   As shown in FIG. 1, the power conversion device for a fuel cell includes at least a fuel cell 20, a smoothing capacitor 21, a converter 22, a transformer 23, a rectifying / smoothing circuit 24, and an inverter 25. The inverter 25 is connected. A conductor 27 is provided between the primary winding and the secondary winding of the transformer 23, and one end of the conductor 27 is connected to, for example, the negative side bus 29 of the converter 22 at a point B shown in the drawing. It is connected. Note that the − side is the anode side of the fuel cell, and the + side corresponds to the cathode side of the fuel cell.

このとき、燃料電池20の+側出力端子と−側出力端子は、+側母線28および−側母線29を介して平滑コンデンサ21とコンバータ22が接続されている。そして、平滑コンデンサ21の両端で、4つのスイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4からフルブリッジ構成を有するコンバータ22が接続されている。さらに、コンバータ22のスイッチング素子Q1、Q3の中点およびスイッチング素子Q2、Q4の中点で、トランス23の1次巻線の両端と接続されている。   At this time, the smoothing capacitor 21 and the converter 22 are connected to the + side output terminal and the − side output terminal of the fuel cell 20 via the + side bus 28 and the − side bus 29. At both ends of the smoothing capacitor 21, a converter 22 having a full bridge configuration is connected from the four switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4. Furthermore, it is connected to both ends of the primary winding of transformer 23 at the midpoint of switching elements Q1 and Q3 of converter 22 and the midpoint of switching elements Q2 and Q4.

また、トランス23の2次巻線は、ブリッジダイオードと平滑コンデンサから構成される整流平滑回路24に接続され、整流平滑回路24に接続されるインバータ25を介して家庭内負荷(図示せず)に電力が供給される。なお、燃料電池20が出力していない場合には、商用系統26から家庭内負荷に電力が供給される。   The secondary winding of the transformer 23 is connected to a rectifying / smoothing circuit 24 including a bridge diode and a smoothing capacitor, and is connected to a domestic load (not shown) via an inverter 25 connected to the rectifying / smoothing circuit 24. Power is supplied. When the fuel cell 20 is not outputting power, power is supplied from the commercial system 26 to the household load.

以下に、図2を用いて、本実施の形態のトランスの構成について説明する。なお、図2では、トランス23の右半分の断面図を示している。   Hereinafter, the configuration of the transformer of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the right half of the transformer 23.

図2に示すように、トランス23は、コア30の中心30aから1次巻線および2次巻線を巻回し、1次巻線と2次巻線と間に導電体27が設けられている。このとき、導電体27は、例えば円盤状で構成され、図示していないがスリットなどの切欠きを設けることにより、円盤状に電流が流れるループができないように構成される。この理由は、ループを形成すると、1次巻線および2次巻線のインダクタンスを打ち消すために、鎖交磁束が減少するためである。そして、導電体27には電線(図示せず)が接続され、例えば図1に示すB点に接続されている。   As shown in FIG. 2, the transformer 23 has a primary winding and a secondary winding wound from the center 30a of the core 30, and a conductor 27 is provided between the primary winding and the secondary winding. . At this time, the conductor 27 is configured in a disk shape, for example, and is configured so as to prevent a loop in which a current flows in a disk shape by providing a notch such as a slit (not shown). This is because, when the loop is formed, the interlinkage magnetic flux decreases in order to cancel the inductances of the primary winding and the secondary winding. And the electric wire (not shown) is connected to the conductor 27, for example, it is connected to B point shown in FIG.

以下に、上記の構成を有する電力変換装置において、図3を用いて、コモンモードノイズの流れる様子を説明する。   Hereinafter, how the common mode noise flows in the power conversion device having the above configuration will be described with reference to FIG.

図3に示すように、燃料電池20は、一般的に、平板の電極を積層した構成を有するため、電力変換装置を収納する筐体42との間で浮遊容量を形成しやすい。そして、形成された、例えば第3浮遊容量40および第4浮遊容量41を介して、図面中の破線の矢印で示す経路に沿って、コモンモードノイズが伝達する。このとき、導電体27がトランス23の1次側回路に接続されるため、トランス23の2次側回路へのコモンモードノイズの伝達を回避できる。   As shown in FIG. 3, since the fuel cell 20 generally has a configuration in which flat electrodes are laminated, it is easy to form a stray capacitance between the fuel cell 20 and the housing 42 that houses the power conversion device. Then, the common mode noise is transmitted through the formed stray capacitance 40 and the fourth stray capacitance 41, for example, along the path indicated by the dashed arrow in the drawing. At this time, since the conductor 27 is connected to the primary side circuit of the transformer 23, transmission of common mode noise to the secondary side circuit of the transformer 23 can be avoided.

本実施の形態によれば、商用系統26側へのコモンモードノイズの伝達を低減して、電力変換装置自身の回路動作や商用系統に接続される他の電気機器へ影響を抑制した電力変換装置を実現できる。   According to the present embodiment, the power conversion device that reduces the transmission of common mode noise to the commercial system 26 side and suppresses the influence of the circuit operation of the power conversion device itself and other electrical equipment connected to the commercial system. Can be realized.

なお、本実施の形態では、導電体27の一端をコンバータ22の−側母線に接続した例で説明したが、これに限られず、コンバータ22の+側母線に接続してもよく、同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the example in which one end of the conductor 27 is connected to the negative side bus of the converter 22 has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be connected to the positive side bus of the converter 22. Is obtained.

また、本実施の形態では、導電体27の一端をコンバータ22の−側母線のB点で接続した例で説明したが、これに限られない。例えば、導電体27の一端を、燃料電池20と平滑コンデンサ21間を接続する−側母線または+側母線に接続してもよい。   In this embodiment, the example in which one end of conductor 27 is connected at point B of the negative side bus of converter 22 is not limited to this. For example, one end of the conductor 27 may be connected to a negative side bus or a positive side bus that connects the fuel cell 20 and the smoothing capacitor 21.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における電力変換装置について、図4から図6を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the power converter in Embodiment 2 of this invention is demonstrated using FIGS. 4-6.

図4は、本発明の実施の形態2における電力変換装置の回路構成を示す回路図である。図5は、本発明の実施の形態2における電力変換装置のトランス構成を示す断面図である。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a transformer configuration of the power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.

すなわち、図4に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、トランス53の1次巻線と2次巻線との間に、第1導電体57と第2導電体58を設けた点で、実施の形態1の電力変換装置とは異なる。このとき、第1導電体57は、図面中に示されるB点でコンバータ22の−側母線29と接続され、第2導電体58は、図面中に示されるC点でコンバータ22の+側母線28と接続されている。他の構成は、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。   That is, as shown in FIG. 4, the power converter according to the present embodiment is provided with the first conductor 57 and the second conductor 58 between the primary winding and the secondary winding of the transformer 53. This is different from the power conversion device of the first embodiment. At this time, the first conductor 57 is connected to the minus side bus 29 of the converter 22 at a point B shown in the drawing, and the second conductor 58 is a plus side bus of the converter 22 at the point C shown in the drawing. 28 is connected. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

以下に、図5を用いて、本実施の形態のトランスの構成について説明する。なお、図5では、トランス53の右半分の断面図を示している。   Hereinafter, the configuration of the transformer of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the right half of the transformer 53.

図5に示すように、トランス53は、コア50の中心50aから1次巻線および2次巻線を巻回し、1次巻線と2次巻線との間に第1導電体57および第2導電体58が設けられている。なお、図5では、第1導電体57が1次巻線側に設けた例で示したが、第2導電体58を1次巻線側に、第1導電体57を2次巻線側に設けてもよい。   As shown in FIG. 5, the transformer 53 winds the primary winding and the secondary winding from the center 50 a of the core 50, and the first conductor 57 and the second winding are interposed between the primary winding and the secondary winding. Two conductors 58 are provided. 5 shows an example in which the first conductor 57 is provided on the primary winding side, the second conductor 58 is on the primary winding side, and the first conductor 57 is on the secondary winding side. May be provided.

このとき、第1導電体57および第2導電体58は、例えば円盤状から構成され、図示していないがスリットなどの切欠きを設けることにより、円盤状に電流が流れるループができないように構成される。この理由は、ループを形成すると、1次巻線および2次巻線のインダクタンスを打ち消すために、鎖交磁束が減少するためである。   At this time, the first conductor 57 and the second conductor 58 are formed in a disk shape, for example, and are configured so as not to form a loop through which a current flows in a disk shape by providing a notch such as a slit (not shown). Is done. This is because, when the loop is formed, the interlinkage magnetic flux decreases in order to cancel the inductances of the primary winding and the secondary winding.

これにより、電力変換装置を収納する筐体との間で形成される浮遊容量を介して、伝達するコモンモードノイズを、第1導電体57および第2導電体58がトランス23の1次側回路に接続されるため、トランス23の2次側回路へのコモンモードノイズの伝達を回避できる。   As a result, the first conductor 57 and the second conductor 58 transmit the common mode noise transmitted through the stray capacitance formed between the housing for housing the power converter and the primary side circuit of the transformer 23. Therefore, transmission of common mode noise to the secondary side circuit of the transformer 23 can be avoided.

本実施の形態によれば、商用系統側へのコモンモードノイズの伝達を低減して、電力変換装置自身の回路動作や商用系統に接続される他の電気機器へ影響を、さらに抑制した電力変換装置を実現できる。   According to the present embodiment, transmission of common mode noise to the commercial system side is reduced, and the power conversion that further suppresses the influence on the circuit operation of the power conversion device itself and other electrical equipment connected to the commercial system. A device can be realized.

以下に、本実施の形態に電力変換装置のトランス構成の別の例について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, another example of the transformer configuration of the power conversion device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図6は、本発明の実施の形態2における電力変換装置のトランス構成の別の例を示す断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the transformer configuration of the power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.

図6に示すように、第1導電体57をトランス53の1次巻線の巻き終わり側と隣接するように設け、第2導電体58をトランス53の1次巻線の巻き始め側と隣接するように設ける構成である。   As shown in FIG. 6, the first conductor 57 is provided adjacent to the winding end side of the primary winding of the transformer 53, and the second conductor 58 is adjacent to the winding start side of the primary winding of the transformer 53. It is the structure provided as it does.

この構成により、トランス53の1次巻線と、第1導電体57および第2導電体58との電位差を小さくできるため、コモンモードノイズの伝達抑制効果をさらに高めることができる。   With this configuration, since the potential difference between the primary winding of the transformer 53 and the first conductor 57 and the second conductor 58 can be reduced, the effect of suppressing transmission of common mode noise can be further enhanced.

なお、本実施の形態では、導電体が第1導電体57と第2導電体58の2つからなる例で説明したが、これに限られない。例えば、2つ以上からなる複数の導電体をトランス53の1次巻線と2次巻線との間に設け、複数の導電体のうちの一部を+側母線28に接続し、残りの導電体を−側母線29に接続する構成でもよい。これにより、さらにコモンモードノイズの伝達を抑制できる。   In the present embodiment, the example in which the conductor is composed of the first conductor 57 and the second conductor 58 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of conductors composed of two or more are provided between the primary winding and the secondary winding of the transformer 53, a part of the plurality of conductors is connected to the + side bus 28, and the remaining The conductor may be connected to the negative side bus 29. Thereby, transmission of common mode noise can be further suppressed.

また、本実施の形態では、第1導電体57をトランス53の1次巻線側に配置し、第2導電体58を2次巻線側に配置した例で説明したが、逆の配置でもよく、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the first conductor 57 is disposed on the primary winding side of the transformer 53 and the second conductor 58 is disposed on the secondary winding side. However, the reverse arrangement is also possible. Well, the same effect can be obtained.

(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3における電力変換装置について、図7と図8を用いて説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the power converter in Embodiment 3 of this invention is demonstrated using FIG. 7 and FIG.

図7は、本発明の実施の形態3における電力変換装置の回路構成を示す回路図である。図8は、本発明の実施の形態3における電力変換装置の回路動作を説明するための説明図である。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the power conversion device according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a circuit operation of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention.

すなわち、図7に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、第1導電体57を、コンバータ22に並列接続された平滑コンデンサ21と燃料電池20との間を接続する+側母線28の接続点Dで接続し、第2導電体58を−側母線29の接続点Eで接続した点で、実施の形態2とは異なる。他の構成は、実施の形態2と同様であるので、説明を省略する。   That is, as shown in FIG. 7, in the power conversion device of the present embodiment, the first conductor 57 is connected between the smoothing capacitor 21 connected in parallel to the converter 22 and the fuel cell 20. The connection point D is different from that of the second embodiment in that the second conductor 58 is connected at the connection point E of the negative side bus 29. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof is omitted.

つまり、図8に示すように、トランス53の1次側の配線、コンバータ22および平滑コンデンサ21間を流れるコンバータ22のスイッチングによる高周波大電流ラインに、第1導電体57と第2導電体58とを接続しない構成である。   That is, as shown in FIG. 8, the first conductor 57 and the second conductor 58 are connected to the high-frequency high-current line by switching of the converter 22 flowing between the primary wiring of the transformer 53, the converter 22 and the smoothing capacitor 21. It is the structure which does not connect.

これにより、高周波大電流による電圧変動の大きな高周波大電流ラインへの第1導電体57と第2導電体58の接続を避け、電位変動が小さく電位が安定した位置に第1導電体57および第2導電体58を接続できる。その結果、効果的にコモンモードノイズのさらに低減した電力変換装置を実現できる。   This avoids the connection of the first conductor 57 and the second conductor 58 to the high-frequency high-current line where the voltage fluctuation due to the high-frequency large current is large, and the first conductor 57 and the second conductor 57 are located at a position where the potential fluctuation is small and the potential is stable. Two conductors 58 can be connected. As a result, it is possible to effectively realize a power converter that further reduces common mode noise.

なお、本実施の形態では、導電体が第1導電体57と第2導電体58の2つからなる例で説明したが、これに限られない。例えば、2つ以上からなる複数の導電体をトランスの1次巻線と2次巻線との間に設け、複数の導電体のうちの一部を+側母線28に接続し、残りの導電体を−側母線29に接続する構成でもよい。これにより、さらにコモンモードノイズの伝達を抑制できる。また、実施の形態1と同様に、1つの導電体を、少なくとも+側母線28の接続点Dおよび−側母線29の接続点Eの一方に接続してもよい。これにより、簡単な構成で効果的にコモンモードノイズを低減できる。   In the present embodiment, the example in which the conductor is composed of the first conductor 57 and the second conductor 58 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of conductors composed of two or more are provided between the primary winding and the secondary winding of the transformer, a part of the plurality of conductors is connected to the + side bus 28, and the remaining conductive A configuration in which the body is connected to the negative side bus bar 29 may be adopted. Thereby, transmission of common mode noise can be further suppressed. Similarly to the first embodiment, one conductor may be connected to at least one of the connection point D of the + side bus bar 28 and the connection point E of the − side bus line 29. Thereby, common mode noise can be effectively reduced with a simple configuration.

また、本実施の形態では、第1導電体57をトランス53の1次巻線側に配置し、第2導電体58を2次巻線側に配置した例で説明したが、逆の配置でもよく、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the first conductor 57 is disposed on the primary winding side of the transformer 53 and the second conductor 58 is disposed on the secondary winding side. However, the reverse arrangement is also possible. Well, the same effect can be obtained.

(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4おける電力変換装置について、図9と図10を用いて説明する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, the power converter in Embodiment 4 of this invention is demonstrated using FIG. 9 and FIG.

図9は、本発明の実施の形態4における電力変換装置の回路構成を示す回路図である。   FIG. 9 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the power conversion device according to Embodiment 4 of the present invention.

すなわち、図9に示すように、第1導電体57が接続された−側母線29の接続点Dと同一箇所に接続された第1コンデンサ70と、第2導電体58が接続された+側母線28の接続点Eと同一箇所に接続された第2コンデンサ71とを備えている。さらに、接続されていない第1コンデンサ70および第2コンデンサ71の一方の端子は、電力変換装置を収納する金属製の筐体(図示せず)に接続されている点で、実施の形態3とは異なる。   That is, as shown in FIG. 9, the first capacitor 70 connected to the same location as the connection point D of the minus side bus 29 to which the first conductor 57 is connected, and the + side to which the second conductor 58 is connected. And a second capacitor 71 connected to the same point as the connection point E of the bus 28. Further, one terminal of the first capacitor 70 and the second capacitor 71 that are not connected is connected to a metal casing (not shown) that houses the power conversion device, so that it is different from the third embodiment. Is different.

つまり、図9に示すように、第1コンデンサ70の一端は第1導電体57が接続された−側母線29の接続点Dと同一箇所に接続され、第1コンデンサ70の他端は、電力変換装置を収納する筐体に接続される。また、第2コンデンサ71の一端は第2導電体58が接続された+側母線28の接続点Eと同一箇所に接続され、第2コンデンサ71の他端は筐体に接続された構成を有する。   That is, as shown in FIG. 9, one end of the first capacitor 70 is connected to the same location as the connection point D of the negative side bus 29 to which the first conductor 57 is connected, and the other end of the first capacitor 70 is connected to the power It is connected to a housing that houses the conversion device. Further, one end of the second capacitor 71 is connected to the same location as the connection point E of the + side bus 28 to which the second conductor 58 is connected, and the other end of the second capacitor 71 is connected to the housing. .

上記のように構成された電力変換装置において、コモンモードノイズの流れる様子を、図10を用いて説明する。   A state in which common mode noise flows in the power conversion device configured as described above will be described with reference to FIG.

図10は、本発明の実施の形態4における電力変換装置のコモンモードノイズが伝達する経路を説明するための説明図である。   FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a path through which common mode noise is transmitted in the power conversion device according to Embodiment 4 of the present invention.

図10に示すように、コンバータ22から発生するコモンモードノイズは、コンバータ22と筐体72との間に発生する第3浮遊容量40と、第1コンデンサ70および第2コンデンサ71を介して、例えば図面中の破線の矢印に沿って流れる。そのため、燃料電池20と筐体72との間に発生する第4浮遊容量41へのコモンモードノイズの流れ込みが低減される。これにより、燃料電池20へ流れ込む高周波ノイズの影響を低減できる。その結果、電力変換装置の性能および信頼性が向上する。   As shown in FIG. 10, common mode noise generated from the converter 22 passes through the third stray capacitance 40 generated between the converter 22 and the housing 72, the first capacitor 70, and the second capacitor 71, for example. Flows along the dashed arrows in the drawing. Therefore, the flow of common mode noise to the fourth stray capacitance 41 generated between the fuel cell 20 and the casing 72 is reduced. Thereby, the influence of the high frequency noise which flows into the fuel cell 20 can be reduced. As a result, the performance and reliability of the power conversion device are improved.

なお、本実施の形態では、導電体が第1導電体57と第2導電体58の2つからなる例で説明したが、これに限られない。例えば、2つ以上からなる複数の導電体をトランス53の1次巻線と2次巻線との間に設け、複数の導電体のうちの一部を+側母線28に接続し、残りの導電体を−側母線29に接続する構成でもよい。これにより、さらにコモンモードノイズの伝達を抑制できる。   In this embodiment, the example in which the conductor is composed of the first conductor 57 and the second conductor 58 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of conductors composed of two or more are provided between the primary winding and the secondary winding of the transformer 53, a part of the plurality of conductors is connected to the + side bus 28, and the remaining The conductor may be connected to the negative side bus 29. Thereby, transmission of common mode noise can be further suppressed.

また、本実施の形態では、導電体が第1導電体57と第2導電体58の2つからなり、各導電体57,58が第1コンデンサ70および第2コンデンサ71と接続する例で説明したが、これに限られない。例えば、実施の形態1と同様に、1つの導電体を、少なくとも+側母線28の接続点Dおよび−側母線29の接続点Eの一方に接続し、その接続点にコンデンサの一端を接続し、他端を筐体に接続する構成としてもよい。これにより、構成を簡略化できる。   Further, in the present embodiment, an example in which the conductor is composed of the first conductor 57 and the second conductor 58 and each conductor 57, 58 is connected to the first capacitor 70 and the second capacitor 71 will be described. However, it is not limited to this. For example, as in the first embodiment, one conductor is connected to at least one of the connection point D of the positive side bus 28 and the connection point E of the negative side bus 29, and one end of the capacitor is connected to the connection point. The other end may be connected to the housing. Thereby, a structure can be simplified.

また、本実施の形態では、第1導電体57をトランス53の1次巻線側に配置し、第2導電体58を2次巻線側に配置した例で説明したが、逆の配置でもよく、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the first conductor 57 is disposed on the primary winding side of the transformer 53 and the second conductor 58 is disposed on the secondary winding side. However, the reverse arrangement is also possible. Well, the same effect can be obtained.

本発明にかかる燃料電池の電力変換装置は、トランスの1次巻線と2次巻線との間に導電体を設けることにより、コモンモードノイズの低減が可能となるので、燃料電池と同様に大電流を出力する自動車用電池などの電力変換装置などの技術術分野において有用である。   The power conversion device for a fuel cell according to the present invention can reduce common mode noise by providing a conductor between the primary winding and the secondary winding of the transformer. It is useful in the technical field of power conversion devices such as automobile batteries that output a large current.

本発明の実施の形態1における電力変換装置の回路構成を示す回路図The circuit diagram which shows the circuit structure of the power converter device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における電力変換装置のトランス構成を示す断面図Sectional drawing which shows the trans | transformer structure of the power converter device in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における電力変換装置のコモンモードノイズが伝達する経路を説明するための説明図Explanatory drawing for demonstrating the path | route which the common mode noise of the power converter device in Embodiment 1 of this invention transmits 本発明の実施の形態2における電力変換装置の回路構成を示す回路図The circuit diagram which shows the circuit structure of the power converter device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における電力変換装置のトランス構成を示す断面図Sectional drawing which shows the trans | transformer structure of the power converter device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における電力変換装置のトランス構成の別の例を示す断面図Sectional drawing which shows another example of the trans | transformer structure of the power converter device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における電力変換装置の回路構成を示す回路図The circuit diagram which shows the circuit structure of the power converter device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における電力変換装置の回路動作を説明するための説明図Explanatory drawing for demonstrating the circuit operation | movement of the power converter device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における電力変換装置の回路構成を示す回路図The circuit diagram which shows the circuit structure of the power converter device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における電力変換装置のコモンモードノイズが伝達する経路を説明するための説明図Explanatory drawing for demonstrating the path | route which the common mode noise of the power converter device in Embodiment 4 of this invention transmits. 従来の電力変換装置の回路図Circuit diagram of conventional power converter 従来の電力変換装置のトランス構成を示す断面図Sectional drawing which shows the transformer structure of the conventional power converter 従来の電力変換装置のコモンモードノイズが伝達する経路を説明するための説明図Explanatory drawing for demonstrating the path | route which the common mode noise of the conventional power converter device transmits

20 燃料電池
21 平滑コンデンサ
22 コンバータ
23,53 トランス
24 整流平滑回路
25 インバータ
26 商用系統
27 導電体
28 +側母線
29 −側母線
42,72 筐体
57 第1導電体
58 第2導電体
70 第1コンデンサ
71 第2コンデンサ
20 Fuel Cell 21 Smoothing Capacitor 22 Converter 23, 53 Transformer 24 Rectifier Smoothing Circuit 25 Inverter 26 Commercial System 27 Conductor 28 + Side Bus 29-Side Bus 42, 72 Housing 57 First Conductor 58 Second Conductor 70 First Capacitor 71 Second capacitor

Claims (4)

燃料電池と、前記燃料電池から出力される直流電力を変換するコンバータと、前記コンバータで変換された電力を商用系統に接続されたインバータに電力伝送するトランスと、前記コンバータと接続される前記トランスの1次巻線と前記インバータに接続される前記トランスの2次巻線との間に設けられた導電体と、を少なくとも備え、前記導電体が、前記コンバータに接続される前記燃料電池の+側出力端子に接続された+側母線および−側出力端子に接続された−側母線のいずれか一方に接続されていることを特徴とする燃料電池の電力変換装置。 A fuel cell, a converter for converting DC power output from the fuel cell, a transformer for transmitting power converted by the converter to an inverter connected to a commercial system, and a transformer connected to the converter At least a conductor provided between a primary winding and a secondary winding of the transformer connected to the inverter, the conductor being connected to the converter on the + side A fuel cell power conversion device, characterized in that it is connected to either a positive side bus connected to an output terminal or a negative side bus connected to a negative side output terminal. 前記導電体は、少なくとも第1導電体および第2導電体から構成され、前記第1導電体が前記燃料電池の前記+側出力端子に接続された前記+側母線に接続され、前記第2導電体が前記燃料電池の前記−側出力端子に接続された前記−側母線に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の電力変換装置。 The conductor is composed of at least a first conductor and a second conductor, the first conductor is connected to the + side bus connected to the + side output terminal of the fuel cell, and the second conductor 2. The fuel cell power converter according to claim 1, wherein a body is connected to the -side bus connected to the -side output terminal of the fuel cell. 前記コンバータは、前記燃料電池の前記+側出力端子と前記−側出力端子との間に並列接続された平滑コンデンサを有し、前記導電体は、前記平滑コンデンサと前記燃料電池との間を接続する前記−側出力端子および前記−側母線に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池の電力変換装置。 The converter includes a smoothing capacitor connected in parallel between the + side output terminal and the − side output terminal of the fuel cell, and the conductor connects between the smoothing capacitor and the fuel cell. The fuel cell power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is connected to the − side output terminal and the − side bus. コンデンサを、さらに備え、前記コンデンサの一端が前記+側母線および前記−側母線のいずれか一方に接続された前記導電体の接続点と同一箇所に接続され、前記コンデンサの他端が筐体に接続されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池の電力変換装置。 A capacitor is further provided, and one end of the capacitor is connected to the same connection point of the conductor connected to one of the + side bus and the − side bus, and the other end of the capacitor is connected to the housing. 4. The fuel cell power converter according to claim 1, wherein the fuel cell power converter is connected. 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013187929A (en) * 2012-03-06 2013-09-19 Fuji Electric Co Ltd Dc power supply device
EP3958454A4 (en) * 2019-08-22 2022-12-14 Nr Electric Co., Ltd. Solid-state transformer

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