JP2014220152A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 商用電力系統が停電中で、かつ、燃料電池の発電動作も停止した状態から、燃料電池の発電動作を開始させる際に、燃料電池からの突入電流発生を防止することにより燃料電池の劣化を招くおそれを回避し得る発電装置を提供する。【解決手段】 電力系統が停電中で、かつ、燃料電池の起動時に、昇圧回路３９を動作させてバッテリ４からのＤＣ１２Ｖを２３０Ｖに昇圧させ、ＤＣリンク部３１に印加させる一方、電源回路３７に入力させて補機２２を駆動させる。スタック２１の発電動作が開始可能になれば、昇圧回路３９による昇圧比率を切換えてＤＣ１２Ｖを４２５ＶにしてＤＣリンク部３１に印加させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の起動により、ＤＣリンク部３１に対し４２５Ｖの最大出力電圧が出力されても、燃料電池２からの突入電流は生じない。【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池により構成された発電部を、パワーコンディショナを介して商用電力系統に接続してなる発電装置に関する。

燃料電池を用いた発電部は、その燃料電池の発電動作を開始させるために必要な種々の補機（例えばブロワやポンプ）を備えている。又、パワーコンディショナは、発電部から供給される発電電力を整流・昇圧して出力するコンバータと、このコンバータの出力を商用電力系統に系統連系する交流電力に変換して出力するインバータとを備え、コンバータとインバータとの中間には例えばＤＣリンクコンデンサにより構成されたＤＣリンク部を介装することが行われている。

そして、この種の発電装置において、燃料電池により充電されるバッテリを備え、発電停止状態の燃料電池を再び発電動作させる場合には、前記補機に対し補機電源として前記バッテリから電源供給することが提案されている（例えば特許文献１又は特許文献２参照）。一方、かかるバッテリを備えない発電装置において、燃料電池が発電停止状態にあるときにパワーコンディショナを起動させる際に、インバータを介して商用電力系統から供給させた電力によりＤＣリンク部を昇圧させた上で、ＤＣリンク部から前記補機に対し補機電源を供給し、これにより、燃料電池を発電動作させることが提案されている（例えば特許文献３参照）。この提案では、インバータからの供給電力によりＤＣリンク部を予め昇圧させた状態にすることにより、燃料電池からパワーコンディショナ側への突入電流の発生に起因する燃料電池の劣化発生のおそれを回避するようにしている。すなわち、仮に昇圧させないで低い電圧状態のＤＣリンク部に対し、発電動作開始時に発電部からコンバータを介し発電電力が出力されると、ＤＣリンク部に対し急激にチャージされてしまう結果、発電部から突入電流が流れることになり、この突入電流発生に起因して燃料電池の劣化を招くおそれがあるところ、これを回避し得るようになる。

特許第４１６４０５０号公報 特許第３６２０４９６号公報 特開２０１１−０５０１９１号公報

しかしながら、燃料電池が発電停止状態にあるときに、インバータを介して商用電力系統からの電力供給によりＤＣリンク部を予め昇圧させた状態にすることで、燃料電池の発電動作開始時の突入電流発生を防止して燃料電池の劣化を招くおそれを回避するという、特許文献３に記載の対策を実施しようとしても、商用電力系統に停電が発生してしまうと、その対策は実施不能となってしまう。これに対処するために、バッテリを設けて、このバッテリからの電源供給により補機を動作させて燃料電池を発電動作させるという、特許文献１，２に記載の対策を採用したとしても、燃料電池の発電停止後の放電によりＤＣリンク部の電圧は低い状態になっている上に、停電発生により商用電力系統からのＤＣリンク部への電力供給も不能となっているため、燃料電池の発電動作開始時に突入電流発生を防止し得ず燃料電池の劣化を招くおそれを回避することも不能となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特に、商用電力系統が停電中で、かつ、発電部の発電動作も停止した状態から、燃料電池の発電動作を開始させる際に、燃料電池からの突入電流発生を確実に防止することにより燃料電池の劣化を招くおそれを確実に回避し得る発電装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、燃料電池と、この燃料電池を電力系統に連系させるパワーコンディショナと、前記燃料電池の補機の駆動用に電力供給する蓄電池とを備え、前記パワーコンディショナは、前記燃料電池の発電出力を昇圧してＤＣリンク部に出力するためのコンバータと、前記補機を駆動するための補機用の電源回路とを備えた発電装置を対象にして、次の特定事項を備えることとした。すなわち、前記電力系統の停電時において前記燃料電池を起動するための停電時対応手段を備えることとする。この停電時対応手段として、前記蓄電池からの入力電圧を昇圧させるための昇圧回路と、この昇圧回路を制御する制御部とを備えるものとし、前記昇圧回路の出力側を、昇圧後の出力電圧が前記補機用の電源回路に入力される一方、前記ＤＣリンク部に印加されるように、前記補機用の電源回路と前記ＤＣリンク部とにそれぞれ接続する構成とした（請求項１）。

本発明の場合、停電時対応手段を備えているため、電力系統の停電時においても燃料電池を起動することが可能となる。すなわち、蓄電池から昇圧回路を介して電源回路に供給される電力によって補機が駆動されて燃料電池の起動（発電動作の開始）が可能となる。その際、昇圧回路からの出力電圧がＤＣリンク部にも印加されて、ＤＣリンク部が充電されるため、その後に燃料電池が起動されてコンバータからＤＣリンク部に出力されても、燃料電池からパワーコンディショナ側への突入電流の発生を抑制・防止し得ることになる。これにより、突入電流発生に起因する燃料電池の劣化発生も回避し得ることになる。

本発明の発電装置において、制御部として、昇圧回路を動作させて供給した電力により補機が駆動されて燃料電池が定常発電動作を開始することによりコンバータから最大出力電圧がＤＣリンク部に出力される前までに、その最大出力電圧と同等電圧をＤＣリンク部に印加し得るように昇圧回路を制御する構成とすることができる（請求項２）。このようにすることにより、燃料電池が起動されてコンバータからＤＣリンク部に対し最大出力電圧が出力されたとしても、その前までに、その最大出力電圧と同等電圧が印加されているため、燃料電池からパワーコンディショナ側への突入電流の発生を確実に抑制・防止し得ることになる。これにより、突入電流発生に起因する燃料電池の劣化発生も確実に回避し得ることになる。

又、本発明の発電装置において、制御部として、昇圧回路を動作させて供給した補機電源により補機が駆動されて燃料電池による定常発電動作が開始可能になるまでの間は、前記最大出力電圧よりも低くかつ補機用の電源回路に入力させる上で必要な電圧が出力されるように昇圧回路を制御する構成とすることができる（請求項３）。このようにすることにより、燃料電池が起動されてコンバータからＤＣリンク部に対し最大出力電圧が出力される前までに、その最大出力電圧と同等電圧を昇圧回路から印加させることが可能となる一方、それよりも前の段階である、燃料電池による定常発電動作が開始可能になるまでの間は、前記最大出力電圧よりも低くかつ補機用の電源回路に入力させる上で必要な電圧を出力させるだけで済むことになる。この結果、燃料電池からパワーコンディショナ側への突入電流の発生を確実に抑制・防止し得るという作用を、非絶縁型の昇圧回路によっても実現させ得ることになり、装置のコンパクト化や低コスト化が得られることになる。

さらに、本発明の発電装置において、制御部として、燃料電池が定常発電動作を開始することによりコンバータがその動作を開始した後、昇圧回路の動作を停止させる構成とすることができる（請求項４）。このようにすることにより、蓄電池の消費を抑制し得る。

以上、説明したように、本発明の発電装置によれば、停電時対応手段を備えているため、電力系統の停電時においても燃料電池を起動することができる一方、その際の突入電流発生を確実に防止して突入電流発生に起因する燃料電池の劣化発生を回避することができる。すなわち、蓄電池から昇圧回路を介して電源回路に供給される電力によって補機を駆動させて燃料電池を起動（発電動作開始）させることができるようになる。その際、昇圧回路からの出力電圧をＤＣリンク部に印加させているため、ＤＣリンク部を充電することができ、この結果、その後に燃料電池が起動されてコンバータからＤＣリンク部に出力されても、燃料電池からパワーコンディショナ側への突入電流の発生を抑制・防止することができるようになる。これにより、突入電流発生に起因する燃料電池の劣化発生も回避することができるようになる。

請求項２の発電装置によれば、制御部として、昇圧回路を動作させて供給した電力により補機が駆動されて燃料電池が定常発電動作を開始することによりコンバータから最大出力電圧がＤＣリンク部に出力される前までに、その最大出力電圧と同等電圧をＤＣリンク部に印加し得るように昇圧回路を制御する構成とすることにより、燃料電池が起動されてコンバータからＤＣリンク部に対し最大出力電圧が出力されたとしても、その前までに、その最大出力電圧と同等電圧を印加させることができる。これにより、燃料電池からパワーコンディショナ側への突入電流の発生を確実に抑制・防止することができ、突入電流発生に起因する燃料電池の劣化発生も確実に回避することができるようになる。

請求項３の発電装置によれば、制御部として、昇圧回路を動作させて供給した補機電源により補機が駆動されて燃料電池による定常発電動作が開始可能になるまでの間は、前記最大出力電圧よりも低くかつ補機用の電源回路に入力させる上で必要な電圧が出力されるように昇圧回路を制御する構成とすることにより、燃料電池が起動されてコンバータからＤＣリンク部に対し最大出力電圧が出力される前までに、その最大出力電圧と同等電圧を昇圧回路から印加させることができる一方、それよりも前の段階である、燃料電池による定常発電動作が開始可能になるまでの間は、前記最大出力電圧よりも低くかつ補機用の電源回路に入力させる上で必要な電圧を出力させるだけで済むことになる。この結果、燃料電池からパワーコンディショナ側への突入電流の発生を確実に抑制・防止することができるという効果を、非絶縁型の昇圧回路によっても実現させることができ、これにより、装置のコンパクト化や低コスト化を得ることができるようになる。

請求項４の発電装置によれば、制御部として、燃料電池が定常発電動作を開始することによりコンバータがその動作を開始した後、昇圧回路の動作を停止させる構成とすることにより、蓄電池の消費を抑制することができるようになる。

本発明の実施形態に係る発電装置の概略ブロック図である。 第１実施形態に係る停電時対応制御の概略フローチャートである。 第１実施形態において、商用電力系統が停電時に燃料電池の補機を駆動させる際の同発電装置の作用を説明するための図１対応図である。 第１実施形態において、商用電力系統が停電時に補機駆動により燃料電池が発電を開始する際の同発電装置の作用を説明するための図１対応図である。 第１実施形態において、商用電力系統が停電時に燃料電池が自立運転を開始する際の同発電装置の作用を説明するための図１対応図である。 第２実施形態に係る停電時対応制御の概略フローチャートである。 第２実施形態において、商用電力系統が停電時に燃料電池の補機を駆動させる際の同発電装置の作用を説明するための図１対応図である。 第２実施形態において、商用電力系統が停電時に補機駆動により燃料電池が発電を開始する際の同発電装置の作用を説明するための図１対応図である。 第２実施形態において、商用電力系統が停電時に燃料電池が自立運転を開始する際の同発電装置の作用を説明するための図１対応図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る発電装置の概略ブロック図である。この発電装置は、燃料電池２と、この燃料電池２で発電される直流電力を単相三線式商用電力系統Ｓに系統連系する交流電力に変換して商用電力系統Ｓに出力するパワーコンディショナ３と、バッテリ（蓄電池）４とを備えている。さらに、本実施形態では、燃料電池２の排熱を利用することにより貯湯を行う貯湯装置５を備えるコジェネレーションシステムとしても構成されている。なお、図示を省略するが、家庭内負荷は商用電力系統Ｓとパワーコンディショナ３との間に接続されて、パワーコンディショナ３の出力電力は家庭内負荷でも消費されるようになっている。前記の貯湯装置５も家庭内負荷の一つを構成する。

燃料電池２としてはＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）やＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）などの適宜の形式のものを用いることができ、発電電力を安定させて発電効率を高めるように図示省略の燃料電池制御部によって作動制御される。燃料電池２は、燃料電池スタック（以下単に「スタック」という）２１と、スタック２１による発電動作を開始・継続させるために必要な各種の補機（例えばブロワ，ポンプ，モータ）２２とから主構成されている。

パワーコンディショナ３は、ＤＣリンクコンデンサにより構成されるＤＣリンク部３１と、燃料電池２から供給される直流電力を交流の系統電圧の最大値（例えば２００Ｖ交流電力の場合は２８０Ｖ）に対応する所定電圧（例えば４２５Ｖ）になるように所定の昇圧比率で昇圧してＤＣリンク部３１に出力する昇圧チョッパ回路からなるＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、ＤＣリンク部３１から供給される直流電力を系統電力に連系する交流電力に変換して系統側に出力するための電圧形ブリッジインバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）３３と、インバータ３３の出力側に設けられた２つの解列用保護リレー３４と、これら保護リレー３４の出力側に設けられた電磁ノイズ低減用のフィルタ回路（ＥＭＩフィルタ）３５と、前記のＤＣ／ＤＣコンバータ３２，インバータ３３及び保護リレー３４を制御するための制御部３６とを備えている。そして、前記フィルタ回路３５の出力側が単相三線式の商用電力系統Ｓに接続されている。又、解列用保護リレー３４と並列に自立発電切換用リレー３８が設けられ、その出力側に貯湯装置４が負荷として接続される。この自立発電切換用リレー３８は、ノーマルオープンとされ、燃料電池２の自立発電時に手動により閉切換されるようになっている。さらに加えて、パワーコンディショナ３は、バッテリ４からの出力電圧を所定の昇圧比率で昇圧する昇圧回路３９を備えており、昇圧回路３９の出力側がＤＣリンク部３１に接続される一方、制御部３６の電源回路３７の入力側にも接続されている。そして、昇圧回路３９は後述の如く制御部３６により動作制御され、動作時には所定の昇圧電圧がＤＣリンク部３１に出力される一方、制御部３６の電源回路３７にも出力されるようになっている。ここで、昇圧回路３９は、絶縁型又は非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータにより構成することができ、中でも双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることでバッテリ４への充電も可能となる。以下、絶縁型に構成された昇圧回路に符号３９ａを用い、非絶縁型に構成された昇圧回路に符号３９ｂを用いて、区別する。

制御部３６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力制御を行うことによってインバータ３３から出力される交流電力の有効電力の抑制を行う出力抑制制御機能、インバータ３３を制御することによりインバータ３３から出力される交流電力の力率制御を行う無効電力制御機能、及び、所定の解列条件が成立したときに保護リレー３４を動作させることによりパワーコンディショナ３を系統から解列させる解列制御機能を基本的な制御機能として具備しており、前記の出力抑制制御機能及び無効電力制御機能によってパワーコンディショナ３の出力電力を家庭内負荷の消費電力に追従して増減させる負荷追従制御を行えるようになっている。これらに加え、制御部３６は、前記昇圧回路３９の動作制御を行うことにより、商用電力系統Ｓが停電に陥った際に燃料電池２２を起動（発電動作開始）させるための停電時対応制御機能を具備している。かかる停電時対応制御機能を備えた制御部３６と、前記のバッテリ４及び昇圧回路３９とによって、停電時対応手段が構成されている。
なお、かかる制御部３６はマイコンによって主構成され、上記各制御機能は制御プログラムとして実装されているが、各制御機能に対応する専用回路によって構成されていてもよい。

かかる本実施形態のパワーコンディショナ３の回路構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の制御を停止すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の入力電圧が、ほぼそのままＤＣリンク部３１に印加される。したがって、燃料電池２の発電出力電圧が降下し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の制御を停止すると、すぐにＤＣリンク部３１の電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ３２の入力電圧近傍、例えば１７０Ｖ程度まで低下し、その後は徐々に低下することになる。そして、燃料電池２の発電動作が停止すると、ＤＣリンク部３１の電圧はついにはゼロとなる。又、インバータ３３は双方向インバータとして機能するものであり、商用電力系統への電力出力時はＤＣリンク部３１からの直流電力を交流電力に変換して商用電力系統側に出力される一方、商用電力系統側から供給される交流の系統電力をインバータ３３により直流電力に整流昇圧してＤＣリンク部３１に供給することも可能となっている。これにより、燃料電池２の発電動作が停止していても、前記のＤＣ／ＤＣコンバータ３１からＤＣリンク部３１に出力する最大出力電圧に対応する電圧（例えば４２５Ｖ）までＤＣリンク部３１が充電可能となる。そして、次回の燃料電池２の起動時（発電動作開始時）の際は、ＤＣリンク部３１から補機２２に対し補機電源が制御部３６の電源回路３７を介して供給されることになる。

＜第１実施形態＞
以下、昇圧回路３９が絶縁型のもの（例えばトランスを用いて入力側と出力側とが絶縁されているＤＣ／ＤＣコンバータ）で構成された場合の第１実施形態における停電時対応制御について図２を参照しつつ説明する。まず、停電が発生していること、及び、停電発生中に燃料電池２の起動要求のあること、の前提条件の確認を行った上で制御を開始する（ステップＳ１でＹＥＳ，ステップＳ２でＹＥＳ）。停電発生の検知については、例えば、商用電力系統Ｓから電力供給を受ける図示省略のモニター装置が制御部３６と通信接続されており、停電発生による一時的な通信途絶を検知することで制御部３６において停電の発生を検知することができる。あるいは、インバータ３３の出力側に設けられている図示省略の出力電圧センサを用い、この出力電圧センサにより商用電力系統Ｓの電圧を計測することによって停電発生の検知を行うようにすることもできる。そして、この停電検知により制御部３６は保護リレー３４を開切換して解列させる一方、モニター装置に補助給電することができる。又、燃料電池２の起動要求の有無は、例えば前記モニター装置等からユーザーによるスイッチ操作信号の出力を受けて起動要求有りと判定することができる。

停電が発生しており、かつ、燃料電池２の起動要求が有れば（ステップＳ１でＹＥＳ，ステップＳ２でＹＥＳ）、制御部３６から昇圧回路３９ａを動作させるための制御信号を出力し（図３参照）、昇圧回路３９ａに入力するバッテリ４からの１２Ｖの出力電圧を例えば４２５Ｖに昇圧させて、ＤＣリンク部３１に出力する一方、制御部３６の電源回路３７にも出力する（ステップＳ３）。ＤＣリンク部３１はこの４２５Ｖが印加されてチャージされる一方、電源回路３７は４２５Ｖの入力電圧を補機電源として例えば２４Ｖに変換して補機２２に出力する（ステップＳ４）。この補機電源を受けて、補機２２は図示省略の燃料電池制御部によりスタック２１の発電動作開始に向けて動作制御されることになる。ここで、昇圧回路３９ａは、燃料電池２の発電動作時にＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの最大定格出力電圧又はその近傍の電圧を目標にして、バッテリ４からの出力電圧を昇圧するように制御される。例えば、燃料電池２のスタック２１の無負荷時の電圧が約１７０Ｖであり、この１７０ＶがそのときのＤＣ／ＤＣコンバータ３２の昇圧比率により４２５Ｖに昇圧されるように制御される場合には、このＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの出力電圧４２５Ｖと対応する電圧値を目標にして、前記昇圧回路３９ａにより昇圧されるように制御される。

そして、補機２２の動作により燃料電池２の発電動作が開始できる状態になれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、制御部３６はＤＣ／ＤＣコンバータ３２の動作を開始させてスタック２１からの発電出力を徐々に上げてＤＣリンク部３１に出力する（ステップＳ６）。燃料電池２の発電動作が可能になったか否かは、制御部３６と通信接続されている燃料電池２の燃料電池制御部からの情報出力によって検知することができる。すなわち、燃料電池制御部は、スタック２１内の温度条件等の監視を行い、発電動作が可能となったことの判定結果を通信により制御部３６に出力し、これにより、制御部３６はＤＣ／ＤＣコンバータ３２の動作を開始させる。スタック２１の発電動作が安定状態となってＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの出力が最大出力電圧（例えば４２５Ｖ）まで到達したとしても（図４参照）、ＤＣリンク部３１には既に昇圧回路３９ａから４２５Ｖが印加されているため、燃料電池２からパワーコンディショナ３側への突入電流発生を防止することができる。そして、かかるＤＣ／ＤＣコンバータ３２の最大出力電圧での出力動作を制御部３６が検知して、昇圧回路３９ａの動作を停止させる停止信号を制御部３６から送り、昇圧回路３９ａの例えば電源ＩＣを停止させることによりバッテリ４からの電力供給を停止させる（ステップＳ７）。

以後、自立発電切換用リレー３８が手動により閉切換されれば（図５参照）、自立発電による電力供給がパワーコンディショナ３を介して貯湯装置５に供給可能となり、貯湯装置５による排熱回収に基づき燃料電池２の発電動作も安定的に継続可能となる。

以上の第１実施形態によれば、商用電力系統Ｓに停電が発生している間に発電停止中の燃料電池２を起動する場合であっても、燃料電池２を起動させることができる一方、その燃料電池２の自立発電開始の際にパワーコンディショナ３側への突入電流発生を防止してスタック２１の劣化を招く事態の発生を回避することができる。すなわち、商用電力系統Ｓの停電中でかつ燃料電池２が発電停止状態であっても、バッテリ４から昇圧回路３９ａ及び電源回路３７を介して補機２２に対し補機電源を供給して燃料電池２の発電動作を開始させることができる。なおかつ、バッテリ４から昇圧回路３９ａを介してＤＣリンク部３１に対し、燃料電池２が安定的に発電動作するようになればＤＣ／ＤＣコンバータ３２からＤＣリンク部３１に出力されることになる最大出力電圧と同等電圧を、予め印加させることができる。この結果、燃料電池２が安定発電状態になってＤＣ／ＤＣコンバータ３２から最大出力電圧がＤＣリンク部３１に出力されても、燃料電池２からの突入電流の発生を防止することができ、これに伴い、突入電流発生に起因するスタック２１の劣化発生を回避することができる。

＜第２実施形態＞
次に、昇圧回路３９が非絶縁型のもの（入力側と出力側とが絶縁されていない例えばチョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータ）で構成された場合の第２実施形態における停電時対応制御について図６を参照しつつ説明する。この第２実施形態は、第１実施形態の如く絶縁型のもので構成された昇圧回路３９ａを用いるとサイズやコスト面で不利になるという不都合を解消するために、非絶縁型のもので構成した昇圧回路３９ｂを用いたとしても第１実施形態と同様の突入電流発生を防止して燃料電池２の劣化発生を回避することができるようにし、併せて第１実施形態よりもコンパクト化や低コスト化を図ることができるようにしたものである。なお、第２実施形態は、その昇圧回路３９ｂが非絶縁型のもので構成されている点、これに伴い、制御部３６による停電時対応制御において第１実施形態とは異なる特有な処理を実行するようにしている点でのみ、第１実施形態と異なり、その他の構成は第１実施形態と同じである。このため、第１実施形態と異なる点について詳細に説明し、その他の点については説明を省略する。

第２実施形態の停電時対応制御は、非絶縁型のもので構成された昇圧回路３９ｂはバッテリ４からのＤＣ１２Ｖの入力電圧を第１実施形態の如く４２５Ｖという出力電圧になるように大昇圧比率で昇圧して継続的に出力することは困難であるものの、一時的であればＤＣ／ＤＣコンバータ３２の最大出力電圧と同等の前記の４２５Ｖまで昇圧して出力することは可能であることを利用したものである。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２からＤＣリンク部３１への出力電圧が最大出力電圧（４２５Ｖ）に到達するタイミングの直前の短期間だけ、昇圧回路３９ｂからその最大出力電圧と同等の電圧をＤＣリンク部３１に対し一時的に印加し、それまでは補機電源を供給するための電源回路３７への入力上の必要性のみを考慮した低めの電圧（例えば２３０Ｖ）までの昇圧に留めるようにしたものである。要するに、昇圧回路３９ｂによる昇圧比率を可変とするように制御するのである。ここで、電源回路３７への最低入力電圧が例えば２００Ｖで設計されている場合には、電源回路３７に対してはマージンを考慮して例えば２３０Ｖを入力させればよい。

具体的には、まず、停電が発生していること、及び、停電発生中に燃料電池２の起動要求のあること、の前提条件の確認を第１実施形態のステップＳ１及びＳ２と同様に行った上で制御を開始する（ステップＳ１１でＹＥＳ，ステップＳ１２でＹＥＳ）。そして、停電が発生しており、かつ、燃料電池２の起動要求が有れば（ステップＳ１１でＹＥＳ，ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御部３６から昇圧回路３９ｂを動作させるための制御信号を出力し（図７参照）、昇圧回路３９ｂに入力するバッテリ４からの１２Ｖの出力電圧を例えば２３０Ｖに昇圧させて、ＤＣリンク部３１及び制御部３６の電源回路３７の双方に出力する（ステップＳ１３）。ＤＣリンク部３１はこの２３０Ｖが印加されてチャージされる一方、電源回路３７は２３０Ｖの入力電圧を補機電源として例えば２４Ｖに変換して補機２２に出力する（ステップＳ１４）。この補機電源を受けて、補機２２は第１実施形態と同様にしてスタック２１の発電動作開始に向けて動作制御されることになる。つまり、燃料電池２の発電動作時にＤＣ／ＤＣコンバータ３２から出力される最大定格出力電圧（４２５Ｖ）を目標にするのではなくて、それよりも低くて補機電源の供給上の都合を考慮した電圧（２３０Ｖ）を目標にして、バッテリ４からの出力電圧を昇圧するように昇圧回路３９ｂは制御される。

そして、補機２２の動作により燃料電池２の発電動作が開始できる状態になれば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、制御部３６は昇圧回路３９ｂに対し出力電圧が前記の最大定格出力電圧（例えば４２５Ｖ）と同等電圧になるように昇圧比率を上げる制御信号を発する（ステップＳ１６）。これにより、昇圧回路３９ｂは、出力電圧がそれまでの２３０Ｖから４２５Ｖに切換えられ、この４２５Ｖの出力電圧がＤＣリンク部３１に印加されてチャージされる（図８参照）。この際、既に補機２２に対する負荷電流値は発電動作の初期準備段階と比べ小さい値となるため、非絶縁型の昇圧回路３９ｂによっても４２５Ｖという大昇圧比率での出力動作を正常に行うことができるようになる。

この後に、制御部３６は第１実施形態のステップＳ６と同様手順に従いＤＣ／ＤＣコンバータ３２の動作を開始させ、スタック２２からの発電出力を徐々に上げてＤＣリンク部３１に出力させる（ステップＳ１７）。そして、スタック２１の発電動作が安定状態となってＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの出力が最大出力電圧（例えば４２５Ｖ）まで到達したとしても、ＤＣリンク部３１には、その前段階において昇圧回路３９ｂから４２５Ｖが印加されているため、燃料電池２からパワーコンディショナ３側への突入電流発生を防止することができる。かかるＤＣ／ＤＣコンバータ３２が起動して安定動作状態になれば、昇圧回路３９ｂの出力電圧を４２５Ｖから２３０Ｖに再度切換えるよう制御する（ステップＳ１８）。このとき、ＤＣリンク部３１の電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ３２からの出力により例えば３２５Ｖ以上に制御されているため、昇圧回路３９ｂは出力過電圧状態に陥って待機状態になる。つまり、出力停止状態に至る。なお、第１実施形態のステップＳ７と同様に、昇圧回路３９ｂに停止信号を出力して、積極的に動作を停止させるようにすることもできる。

そして、第１実施形態と同様に、自立発電切換用リレー３８が手動により閉切換されれば（図９参照）、自立発電による電力供給がパワーコンディショナ３を介して貯湯装置５に供給可能となり、貯湯装置５による排熱回収に基づき燃料電池２の発電動作も安定的に継続可能となる。

以上の第２実施形態によれば、非絶縁型の昇圧回路３９ｂを用いたとしても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる上に、非絶縁型の昇圧回路３９ｂを用いて装置を構成することができるため、絶縁型の昇圧回路３９ａを用いた第１実施形態の場合よりもパワーコンディショナ３のコンパクト化並びに低コスト化を実現することができる。すなわち、非絶縁型の昇圧回路３９ｂを用いて発電装置を構成したとしても、商用電力系統Ｓの停電中でかつ燃料電池２の発電停止状態から、バッテリ４から昇圧回路３９ｂ及び電源回路３７を介して補機２２に対し補機電源を供給して燃料電池２の発電動作を開始させることができ、なおかつ、その際における燃料電池２からの突入電流の発生を防止することができ、これにより、突入電流発生に起因するスタック２１の劣化発生を回避することができる。そして、非絶縁型の昇圧回路３９ｂを用いて発電装置を構成することができるため、絶縁型におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁素子を簡略化することができ、これにより、前記のコンパクト化並びに低コスト化を実現することができるようになる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、前記実施形態では、電源回路３７は制御部３１と同じ基板上に組み込まれている例を示したが、これに限らず、別々でもよい。

２ 燃料電池
３ パワーコンディショナ
４ バッテリ（蓄電池；停電時対応手段）
２２ 補機
３１ ＤＣリンク部
３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ（コンバータ）
３６ 制御部（停電時対応手段）
３７ 電源回路
３９ 昇圧回路（停電時対応手段）
３９ａ 絶縁型の昇圧回路（停電時対応手段）
３９ｂ 非絶縁型の昇圧回路（停電時対応手段）
Ｓ 商用電力系統（電力系統）

Claims (4)

1. 燃料電池と、この燃料電池を電力系統に連系させるパワーコンディショナと、前記燃料電池の補機の駆動用に電力供給する蓄電池とを備え、前記パワーコンディショナは、前記燃料電池の発電出力を昇圧してＤＣリンク部に出力するためのコンバータと、前記補機を駆動するための補機用の電源回路とを備えた発電装置であって、
   前記電力系統の停電時において前記燃料電池を起動するための停電時対応手段を備え、
   前記停電時対応手段は、前記蓄電池からの入力電圧を昇圧させるための昇圧回路と、この昇圧回路を制御する制御部とを備え、
   前記昇圧回路の出力側は、昇圧後の出力電圧が前記補機用の電源回路に入力される一方、前記ＤＣリンク部に印加されるように、前記補機用の電源回路と前記ＤＣリンク部とにそれぞれ接続されている
   ことを特徴とする発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置であって、
   前記制御部は、前記昇圧回路を動作させて供給した電力により前記補機が駆動されて前記燃料電池が定常発電動作を開始することにより前記コンバータから最大出力電圧が前記ＤＣリンク部に出力される前までに、その最大出力電圧と同等電圧を前記ＤＣリンク部に印加し得るように前記昇圧回路を制御するように構成されている、発電装置。
3. 請求項２に記載の発電装置であって、
   前記制御部は、前記昇圧回路を動作させて供給した補機電源により前記補機が駆動されて前記燃料電池による定常発電動作が開始可能になるまでの間は、前記最大出力電圧よりも低くかつ前記補機用の電源回路に入力させる上で必要な電圧が出力されるように前記昇圧回路を制御するように構成されている、発電装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の発電装置であって、
   前記制御部は、前記燃料電池が定常発電動作を開始することにより前記コンバータがその動作を開始した後、前記昇圧回路の動作を停止させるように構成されている、発電装置。

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