JP2016157588A

JP2016157588A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2016157588A
Application number: JP2015034564A
Authority: JP
Inventors: 達真楢木; Tatsumasa Naraki; 清晴井上; Kiyoharu Inoue; 井上　智晴; Tomoharu Inoue; 智晴井上
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01

Abstract

【課題】コスト削減を図りつつも突入電流防止回路の高機能化を図ることができ、さらに補機制御部が異常を検出したときに高速に開閉器を開制御することのできる燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】燃料電池３の発電出力を停止させるためのＤＣリレー１４をパワーコンディショナ２の入力電路１２に設けるとともに、燃料電池３の補機制御部５が補機４の異常を検出したときに出力する出力停止信号を、補機制御部５とパワーコンディショナ２の電力変換制御部１１との間で情報通信するための通信回路８，１６とは別の信号回路９，１８によってパワーコンディショナ２に送信することによって、補機４の異常発生時に高速にＤＣリレー１４を遮断動作させる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池とパワーコンディショナとを具備する燃料電池発電システムに関する。

従来より本願出願人は燃料電池発電システムの開発を行っており、例えば下記の特許文献１及び２に従来の燃料電池発電システムを開示している。

これら従来の燃料電池発電システムは、直流電力を発電する燃料電池ユニットと、該燃料電池ユニットから供給される直流電力を商用電力系統に連系する交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えている。

燃料電池ユニットは、燃料電池（燃料電池モジュール）と、燃料ガスの改質装置や空気供給用ブロワなどの補機（周辺機器）と、補機制御部とを備えており、補機制御部が補機の各種動作を制御することによって燃料電池において発電がなされ、直流電力として出力する。

パワーコンディショナは、燃料電池で発電された直流電力を入力して交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部の動作を制御する電力変換制御部とを筐体に内蔵してなるものである。

燃料電池ユニットの補機制御部とパワーコンディショナの電力変換制御部とは、従来公知の適宜の通信回路からなる情報通信手段を介して相互に情報通信可能に接続され、電力変換制御部から補機制御部へは、燃料電池ユニットにおける発電動作制御に必要な電力情報等が送信され、一方、補機制御部から電力変換制御部へは、燃料電池ユニットにおけるエラー情報を含む各種状態情報等が送信される。

かかる情報通信手段を構成する通信回路としては、一般的にＲＳ−４８５通信回路が用いられるとともに、低コストで通信の信頼性を向上するために時分割（例えば０．５秒毎）で送受信を切り替える時分割双方向デジタル通信方式を採用している。

また、特許文献１にも開示しているように、従来の燃料電池ユニットには、燃料電池の出力をオン／オフするための開閉器（ＤＣリレー）と、該開閉器と直列に接続された突入電流防止回路とが具備されている。突入電流防止回路は、開閉器と直列に接続された電流制限用の抵抗器と、該抵抗器の両端を短絡させるための継電器とからなる。

なお、特許文献２に開示した第２実施形態（図９、明細書段落番号００６４〜００７７）においては、電力変換制御部から上記開閉器を停止させるための停止信号を、情報通信手段とは別の信号回路を介して電力変換制御部から補機制御部に送信することによって、情報通信手段が通信異常状態に陥った場合や電力変換制御部の故障等が生じた場合でも燃料電池を即座に停止させることができるよう構成されている。

特開２０１３−７８１８３号公報特開２０１４−２１６１３０号公報

ところで、補機制御部を構成する補機制御基板は補機の近傍に配置する必要があるが、燃料電池ユニット内のスペース上の制約により補機制御基板を保護ケースで覆うことが困難であるため、一般に、補機制御基板にポッティング（樹脂モールド）がなされている。上記開閉器も補機制御基板上に実装されていたために、かかる開閉器としてポッティング対応型のリレーを用いる必要があるが、ポッティング対応型のリレーは高価である。

また、情報通信手段による通信にはコンマ数秒程度の遅延時間が存在するため、特許文献２に開示したように情報通信手段とは別の信号回路を介して電力変換制御部から補機制御部に停止信号を送信することは燃料電池スタックの劣化回避の観点からは好ましいものであるが、より高度な入力電流制御を行うためのスイッチング素子を突入電流防止回路に組み込んで該スイッチング素子を制御しようとすると、かかるスイッチング素子に対応するさらに別の信号回路をも設ける必要があり、装置構成の複雑化やコスト増を招くという問題がある。

一方、上記開閉器をパワーコンディショナの電力変換部を構成する基板上に移動させ、電力変換部によって開閉制御を行わせれば、ポッティング対応のリレーを用いる必要もなくコスト低減を図ることができるとともに、高度な入力電流制御をより柔軟に行えるようになるが、補機制御部から電力変換制御部への信号伝達経路としては情報通信手段しか存在せず、その遅延時間によってコンマ数秒程度出力停止が遅れて、燃料電池スタックを劣化させてしまうおそれがある。

そこで、本発明は、コスト削減を図りつつも突入電流防止回路の高機能化を図ることができ、さらに補機制御部が異常を検出したときに高速に開閉器（スイッチ手段）を開制御することのできる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、次の技術的手段を講じた。

すなわち、本発明は、燃料電池と、該燃料電池用の補機と、該補機の動作を制御する補機制御部と、パワーコンディショナとを備え、該パワーコンディショナは、燃料電池で発電された直流電力を入力して交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部の動作を制御する電力変換制御部とを備え、補機制御部及び電力変換制御部が情報通信手段を介して相互に情報通信可能に接続された燃料電池発電システムにおいて、前記電力変換部は、前記直流電力の第１の入力電路を備え、該第１の入力電路には、閉制御時に第１の入力電路を導通状態とするとともに開制御時に第１の入力電路を遮断することにより燃料電池の発電出力を停止させるための第１のスイッチ手段が設けられ、該第１のスイッチ手段を開制御するために補機制御部が出力する出力停止信号をパワーコンディショナへ伝達するための信号伝達手段が前記情報通信手段とは別に設けられていることを特徴とするものである（請求項１）。

かかる本発明の燃料電池発電システムによれば、燃料電池の発電出力を停止させるための第１のスイッチ手段をパワーコンディショナの電力変換部の入力電路に設けたので、安価なＤＣリレーなどを第１のスイッチ手段として採用することができ、コスト低減を図ることができる。また、第１のスイッチ手段を開制御するために補機制御部が出力する出力停止信号をパワーコンディショナへ伝達するための信号伝達手段を、情報通信手段とは別に設けたので、情報通信手段による通信に遅延が存在する場合でも、かかる遅延の影響を受けることなく補機制御部が補機の異常を検出したときなどに出力される出力停止信号を即座にパワーコンディショナへ伝達して、第１のスイッチ手段を開制御することができ、高速に燃料電池の発電出力を停止させて燃料電池の劣化防止を図ることができる。

また、上記本発明の燃料電池発電システムにおいて、第１のスイッチ手段は電力変換制御部によって開閉制御され、信号伝達手段は、前記出力停止信号を電力変換制御部に入力させるよう構成され、電力変換制御部は、出力停止信号を入力すると第１のスイッチ手段を開制御するよう構成できる（請求項２）。これによれば、電力変換制御部によって第１のスイッチ手段を開閉制御するものであるから、パワーコンディショナの起動時などにおいて発電状態等に基づく電力変換制御部による第１のスイッチ手段の開閉制御の応答性を一層向上できる。

さらに、前記電力変換部は、前記第１の入力電路に並列に設けられた突入電流抑制用の第２の入力電路を備え、該第２の入力電路には、電力変換制御部によって開閉制御され且つ閉制御時に第２の入力電路を導通状態とするとともに開制御時に第２の入力電路を遮断する第２のスイッチ手段が設けられ、これにより燃料電池の発電出力を停止させるための第１のスイッチ手段と突入電流抑制用の第２のスイッチ手段とが並列に接続され、前記電力変換制御部は、通常運転中は第２のスイッチ手段を開制御するとともに第１のスイッチ手段を閉制御し、通常運転中に信号送信手段を介して前記出力停止信号を受信すると第２のスイッチ手段を開制御しつつ第１のスイッチ手段を開制御するよう構成できる（請求項３）。これによれば、突入電流抑制用の第２の入力電路を第１の入力電路とは別に並列に設けることで、突入電流抑制回路の構成や動作を柔軟に設計することができ、パワーコンディショナの起動時に高度な入力電流制御を行わせることが可能となる。また、補機制御部から出力停止信号を受信したときは、電力変換制御部が両入力電路の第１及び第２のスイッチ手段をともに開制御することで、２つの経路の入力電路を設けながらも確実に燃料電池の出力を停止させることができる。さらに、第１のスイッチ手段が固着故障等によって閉制御できなくなった場合（オープン故障）でも、第２のスイッチ手段を閉制御させて第２の入力電路を導通させることによって、該第２の入力電路の回路抵抗に起因する発電効率の低下は生じるものの発電出力を継続させることもできるし、また、第１及び第２のスイッチ手段をともに閉制御させたときの第１及び第２の入力電路の両端電圧の電位差に基づいて第１のスイッチ手段がオープン故障していることを検出することも可能になる。

好ましくは、第１のスイッチ手段は電磁リレーであり、第２のスイッチ手段は半導体スイッチング素子、例えばパワーＭＯＳＦＥＴなどであってよい（請求項４）。これによれば、通常運転中に発電電力の入力経路となる第１の入力電路の回路抵抗を可及的に小さくして、発電効率の低下を抑えることができる。一方、突入電流抑制動作時に閉制御（オン制御）される第２のスイッチ手段として半導体スイッチング素子を用いることで、コスト低減を図ることができる。

また、上記信号伝達手段は、前記出力停止信号を電力変換制御部を経由せずに第１のスイッチ手段に出力するよう構成されていてもよい（請求項５）。これによれば、構成の簡素化により一層のコスト低減を図ることができる。

また、情報通信手段を構成する通信回路と、信号伝達手段を構成する信号回路は、共通の信号線にそれぞれが出力する信号を重畳させて通信する構成とすることもできるが、好ましくは、情報通信手段は補機とパワーコンディショナとを接続する通信線を備え、信号伝達手段は、出力停止信号を伝達する信号線を前記通信線とは別個に備えることができる（請求項６）。これによれば、信号重畳処理を行う必要がなく、回路構成の簡素化、ひいてはコスト低減を図ることができる。

また、補機制御部は、補機の異常検出時に前記出力停止信号を出力し、該出力停止信号は、補機の異常の有無に応じた２値信号であってよい（請求項７）。これによれば、補機制御部が補機の異常を検出したときに迅速にパワーコンディショナ内蔵の開閉器を開制御させて燃料電池の出力を停止させることができるとともに、出力停止信号が簡易な２値信号であるため信号伝達エラーが生じにくく、異常時の緊急停止をより確実に実行させることができる。

本発明の請求項１に係る燃料電池発電システムによれば、燃料電池の発電出力を停止させるための第１のスイッチ手段をパワーコンディショナの電力変換部の入力電路に設けたので、安価なＤＣリレーなどを第１のスイッチ手段として採用することができ、コスト低減を図ることができる。また、第１のスイッチ手段を開制御するために補機制御部が出力する出力停止信号をパワーコンディショナへ伝達するための信号伝達手段を、情報通信手段とは別に設けたので、情報通信手段による通信に遅延が存在する場合でも、かかる遅延の影響を受けることなく補機制御部が補機の異常を検出したときなどに出力される出力停止信号を即座にパワーコンディショナへ伝達して、第１のスイッチ手段を開制御することができ、迅速に燃料電池の発電出力を停止させて燃料電池の劣化防止を図ることができる。

本発明の請求項２に係る燃料電池発電システムによれば、電力変換制御部によって第１のスイッチ手段を開閉制御するものであるから、パワーコンディショナの起動時などにおいて発電状態等に基づく電力変換制御部による第１のスイッチ手段の開閉制御の応答性を一層向上できる。

本発明の請求項３に係る燃料電池発電システムによれば、突入電流抑制用の第２の入力電路を第１の入力電路とは別に並列に設けることで、突入電流抑制回路の構成や動作を柔軟に設計することができ、パワーコンディショナの起動時に高度な入力電流制御を行わせることが可能となる。また、補機制御部から出力停止信号を受信したときは、電力変換制御部が両入力電路の第１及び第２のスイッチ手段をともに開制御することで、２つの経路の入力電路を設けながらも確実に燃料電池の出力を停止させることができる。さらに、第１のスイッチ手段が固着故障等によって閉制御できなくなった場合（オープン故障）でも、第２のスイッチ手段を閉制御させて第２の入力電路を導通させることによって、該第２の入力電路の回路抵抗に起因する発電効率の低下は生じるものの発電出力を継続させることもできるし、また、第１及び第２のスイッチ手段をともに閉制御させたときの第１及び第２の入力電路の両端電圧の電位差に基づいて第１のスイッチ手段がオープン故障していることを検出することも可能になる。

本発明の請求項４に係る燃料電池発電システムによれば、通常運転中に発電電力の入力経路となる第１の入力電路の回路抵抗を可及的に小さくして、発電効率の低下を抑えることができる。一方、突入電流抑制動作時に閉制御（オン制御）される第２のスイッチ手段として半導体スイッチング素子を用いることで、コスト低減を図ることができる。

本発明の請求項５に係る燃料電池発電システムによれば、構成の簡素化により一層のコスト低減を図ることができる。

本発明の請求項６に係る燃料電池発電システムによれば、信号重畳処理を行う必要がなく、回路構成の簡素化、ひいてはコスト低減を図ることができる。

本発明の請求項７に係る燃料電池発電システムによれば、補機制御部が補機の異常を検出したときに迅速にパワーコンディショナ内蔵の開閉器を開制御させて燃料電池の出力を停止させることができるとともに、出力停止信号が簡易な２値信号であるため信号伝達エラーが生じにくく、異常時の緊急停止をより確実に実行させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電システムの概略ブロック図である。同燃料電池発電システムの信号伝達回路（信号伝達手段）の回路図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電システムの概略ブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る燃料電池発電システムの概略ブロック図である。同燃料電池発電システムのパワーコンディショナの概略回路図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成を示しており、該発電システムは、燃料電池ユニット１と、パワーコンディショナ２とによって主構成されている。

燃料電池ユニット１は、天然ガスなどの水素を含む燃料ガスと空気などの酸素を含む酸化剤ガスとを化学反応させて直流電力を発電するものであり、この燃料電池ユニット１には、燃料電池（燃料電池モジュール）３、燃料電池用補機４（周辺機器）、補機４の各種動作を制御する補機制御部５が具備されている。

補機制御部５は、制御中枢としてのマイコン６と、補機４に設けた各種センサ（図示せず）の検出信号に基づいて補機４の異常検出信号をマイコン６に出力する異常検出回路７と、パワーコンディショナ２との間で各種情報通信を行うための通信回路８と、補機４の異常検出時にパワーコンディショナ２に対して出力停止信号を送信するための信号回路９とを制御基板上に実装してなるものである。なお、補機制御部５の制御基板はポッティングが施されて補機４の近隣に配置されている。

パワーコンディショナ２は、燃料電池３が出力する直流電力を入力して商用電力系統に連系する交流電力に変換する電力変換部１０と、電力変換部１０の動作を制御する電力変換制御部１１とを備えている。電力変換部１０は、入力電路１２（第１の入力電路）を介してインバータ１３に直流電力を入力するよう構成されている。入力電路１２は正極側ラインと負極側ラインとにより構成され、入力電路１２の正極側ラインにはＤＣリレー１４（第１のスイッチ手段）が設けられ、該ＤＣリレー１４を閉制御することによって入力電路１２が導通状態とされる一方、ＤＣリレー１４を開制御すると入力電路１２が遮断されるよう構成されている。

電力変換制御部１１は、制御中枢としてのマイコン１５と、燃料電池ユニット１との間で各種情報通信を行うための通信回路１６とを制御基板上に実装してなるものである。該電力変換制御部１１は、電力変換部１０に設けた各種センサ（図示せず）の検出値に基づいてインバータ１３の動作を制御する。

上記補機制御部５及び電力変換制御部１１の通信回路８，１６としては適宜の構成を採用できるが、例えばＲＳ−４８５通信回路によって構成でき、これら通信回路８，１６間は２線式の通信線１７を介して接続されている。而して、これら通信回路８，１６及び通信線１７によって、補機制御部５と電力変換制御部１１との間で相互に情報通信を行うための情報通信手段が構成されている。通信回路８，１６間の通信プロトコルは適宜のものであってよいが、例えば、０．５秒毎に送受信モードを切り替えつつ時分割で双方向通信を行い、各通信回路８，１６が受信した情報に基づいて各マイコン６，１５が管理しているデータを随時更新するよう構成できる。

また、パワーコンディショナ２には、補機制御部５の信号回路９から送出される出力停止信号を受信するための信号回路１８が、上記通信回路１６とは別に設けられている。この信号回路１８は、電力変換制御部１１を構成する制御基板上に実装されていてもよいし、別の基板上に実装されていてもよい。これら信号回路９，１８間は２線式の信号線１９を介して接続されて、これによりＤＣリレー１４を開制御するために補機制御部５が出力する出力停止信号をパワーコンディショナ２へ伝達するための信号伝達手段が構成されている。

図２は、信号伝達手段の一例を示している。補機制御部５のマイコン６は、通常時は出力ポート６ａをＬｏｗ出力で維持するが、補機４の異常検出時に、出力ポート６ａの出力をＨｉｇｈに切り替える。補機制御部５側の信号回路９は、出力ポート６ａの出力をバッファアンプ２０を介して信号線１９の一方のラインに２値信号として出力するよう構成されており、該２値信号がＬｏｗ信号となったときが出力停止信号が出力されている状態である。信号線１９の他方のラインは５Ｖ電源ラインに接続されている。パワーコンディショナ２側の信号回路１８はフォトカプラ２２を備え、該フォトカプラ２２の入力側端子が直列負荷抵抗２１を介して信号線１９に接続され、フォトカプラ２２の出力側端子はグラウンドＧＮＤと電力変換制御部１１のマイコン１５の入力ポート１５ａとにそれぞれ接続されており、該入力ポート１５ａにはプルアップ抵抗２３が接続されている。信号線１９の一方のラインにＬｏｗ信号（出力停止信号）が出力されているとき、フォトカプラ２２が導通して入力ポート１５ａがグラウンドＧＮＤに導通してＬｏｗ信号がマイコン１５に入力される。一方、信号線１９の一方のラインにＨｉｇｈ信号が出力されているとき、フォトカプラ２２の両入力端子が同電位となってフォトカプラ２２がオフされ、マイコン１５の入力ポート１５ａがプルアップされて該入力ポート１５ａにＨｉｇｈ信号が入力される。

電力変換制御部１１のマイコン１５の入力ポート１５ａにＬｏｗ信号（出力停止信号）が入力されると、マイコン１５は好ましくは割り込み処理を行うことにより、可能な限り早くＤＣリレー１４に対して開制御信号を送出し、入力電路１２を遮断することによって燃料電池３からの発電出力を停止させるようマイコン１５が制御構成されている。

なお、上記第１実施形態ではパワーコンディショナ２の信号回路１８の出力信号を電力変換制御部１１のマイコン１５の入力ポート１５ａに入力させたが、図３に示す第２実施形態のように信号回路１８の出力信号を、電力変換制御部１１を経由させずに、ＤＣリレー１４に直接出力させることもできる。また、図４に示す第３実施形態のように、マイコン１５が出力する制御信号と、信号回路１８の出力信号との論理和信号をＤＣリレー１４に出力することで、補機制御部５及び電力変換制御部１１のいずれからもＤＣリレー１４を開制御できるように構成することもできる。

また、パワーコンディショナ２の電力変換部１０は、適宜の突入電流抑制機能を具備することができる。図５は、突入電流抑制機能を具備する電力変換部１０の好ましい実施例を示している。まず、かかる電力変換部１０の基本構成について説明すると、該電力変換部１０は、昇圧チョッパ回路によって構成される非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４と、該コンバータ２４の後段に設けられた絶縁型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２５と、該コンバータ２５のさらに後段に設けられたＤＣ−ＡＣインバータ２６とにより、３段構成で電力を変換するよう構成されている。なお、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２５は主として絶縁目的で設けており、したがって昇圧比は例えば１倍であってよい。

ＤＣ−ＡＣインバータ２６は、従来公知のフルブリッジ形の電圧形ブリッジインバータにより構成でき、４つのＩＧＢＴなどのスイッチング素子をＨブリッジ形に接続するとともに各スイッチング素子に帰還ダイオードを並列接続することにより構成できる。その他、インバータ２６としては、中性点クランプ（ＮＰＣ）３レベル電圧形インバータなど、従来公知の適宜の回路構成とすることができる。

非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の入力側及び出力側には電解コンデンサ２７，２８がそれぞれ設けられている。また、昇圧チョッパ回路を構成する逆流防止ダイオード２９をバイパスするバイパス電路３０がダイオード２９と並列に設けられ、バイパス電路３０を開閉するためのリレー３１がバイパス電路３０に設けられている。該リレー３１は、通常運転時は電力変換制御部１１によって開成されるが、後述する突入電流抑制制御時に電力変換制御部１１によって閉成されて、電流の逆流が許容される。

また、各電解コンデンサ２７，２８から電荷をグラウンドＧＮＤへ放電するための放電路３２，３３が各電解コンデンサ２７，２８に対応して設けられており、各放電路３２，３３には、負荷抵抗３２ａ，３３ａと、ＦＥＴなどのスイッチング素子３２ｂ，３３ｂとが直列に設けられている。これらスイッチング素子３２ｂ，３３ｂも、パワーコンディショナ２の通常運転時は電力変換制御部１１によってオフ制御され、後述する突入電流抑制制御時に必要に応じて電力変換制御部１１によってオン制御されることによって各電解コンデンサ２７，２８から放電させて、各電解コンデンサ２７，２８の蓄電電圧を制御するよう構成されている。

また、符号３４は燃料電池３の出力電圧（パワーコンディショナ２への入力電圧）を検出する電圧センサ、符号３５は電解コンデンサ２７の両端電圧を検出する電圧センサ、符号３６は電解コンデンサ２８の両端電圧を検出する電圧センサ、符号３７は入力電流を検出する電流センサである。なお、燃料電池ユニット１に出力電圧センサを設け、該出力電圧センサが検出する出力電圧情報を補機制御部５から電力変換制御部１１に通信によって伝達している場合は上記電圧センサ３４は設ける必要はない。

また、本実施例では、ＤＣリレー１４（第１のスイッチ手段）を設けた第１の入力電路１２と並列に第２の入力電路３８が設けられ、該第２の入力電路３８には、該電路３８を導通状態とするか遮断状態とするかを切り替えるためのＦＥＴなどの半導体スイッチング素子３９（第２のスイッチ手段）と、該スイッチング素子３９と直列に設けられた逆流防止ダイオード４０とが設けられ、該逆流防止ダイオード４０によってスイッチング素子３９をオン制御したときの電解コンデンサ２７から燃料電池３への逆流を防止している。なお、燃料電池３の出力電圧よりも電解コンデンサ２７の蓄電電圧の方が高い状態でスイッチング素子３９をオン制御すると、ダイオード４０に逆バイアス電圧が作用して逆回復電流が燃料電池３へ向けて流れてしまうが、燃料電池３への逆流によって燃料電池スタックが劣化してしまうため、図示例では、ダイオード４０のアノード側に直列に負荷抵抗４１を接続することにより逆回復電流のリンギングを急速に減衰させ、これにより燃料電池３へ逆流する電流量を可及的に低減させている。

次に、上記パワーコンディショナ２の起動時の突入電流抑制制御の動作について説明する。基本的な考え方としては、各電解コンデンサ２７，２８に電荷が蓄電されていない状態で入力電路１２を閉じることが過大な突入電流の発生要因であるため、本実施例では、系統電力を用いて各電解コンデンサ２７，２８を充電した後に入力電路１２を閉じることによって、突入電流が殆ど生じないように制御するものである。

すなわち、パワーコンディショナ２を起動すると、まず、ＤＣリレー１４及びスイッチング素子３９を開制御していずれの入力電路１２，３８をも遮断状態とする。次に、リレー３１を閉制御するとともに、ＤＣ−ＡＣインバータ２６を動作させずに該インバータ２６の出力側に系統電圧を印加すると、インバータ２６のＨブリッジ回路の帰還ダイオードを介して系統電力が整流されて直流電力が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２５に逆流し、系統電力の実効電圧とコンバータ２５のトランス比に応じた電圧がコンバータ２５の入力側に生じて、電解コンデンサ２７，２８が充電される。なお、無負荷の場合には双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２５の入力側にトランス比よりも高い電圧が発生するため、スイッチング素子３３ｂをオン制御することによって余分な電力をグラウンドＧＮＤに放電させる。

電圧センサ３５が例えば１３０Ｖ以上を示し、燃料電池３の出力電圧が例えば１００〜１３０Ｖに上昇したことを検出すると、スイッチング素子３９をオン制御することによって、負荷抵抗４１及びダイオード４０を介して燃料電池３を電解コンデンサ２７に接続する。このとき、逆バイアスであるため燃料電池３から電解コンデンサ２７へ向けて電流は流れず、燃料電池３の出力電圧がさらに上昇して電解コンデンサ２７の蓄電電圧より高くなると燃料電池３から電解コンデンサ２７へ順方向の電流が流れる。

かかる順方向電流を早期に生じさせるために、スイッチング素子３９をオン制御した後、放電路３２のスイッチング素子３２ｂをオン制御することによって、燃料電池３の出力電圧と電解コンデンサ２７の蓄電電圧とが均衡するまで電界コンデンサ２７からグラウンドＧＮＤに放電させる。

燃料電池３の出力電圧と電解コンデンサ２７の蓄電電圧とが均衡した状態になった後、第１の入力電路１２のＤＣリレー１４を閉制御し、第２の入力電路３８のスイッチング素子３９を開制御することにより、燃料電池３とパワーコンディショナ２との接続が完了し、その後通常運転を行うよう構成されている。

なお、ＤＣリレー１４を閉制御した後、スイッチング素子３９を開制御する前は、正常であれば第１の入力電路１２によって短絡されるために燃料電池３の出力電圧と電圧センサ３５の検出電圧とが同電位となるはずであるが、ＤＣリレー１４が開状態で固着故障等してしまった場合には負荷抵抗４１及びダイオード４０による電圧降下の影響で電圧センサ３５の検出電圧が燃料電池３の出力電圧よりも低くなる。したがって、このような電圧不足を検出すると不足電圧エラーで運転停止するよう制御構成することも可能である。

本発明は上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、信号回路９，１８は、通信回路８，１６用の通信線１７に出力停止信号を重畳させて送受信するよう構成することもできる。また、電力変換部１０の具体的な回路構成も、上記実施形態は好適な一例として示したにすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の回路構成を採用できる。

２パワーコンディショナ
３燃料電池
４補機
５補機制御部
８，１６情報通信手段（通信回路）
９，１８信号伝達手段（信号回路）
１０電力変換部
１１電力変換制御部
１２第１の入力電路
１４第１のスイッチ手段
１７通信線
１９信号線
３８第２の入力電路
３９第２のスイッチ手段

Claims

燃料電池と、該燃料電池用の補機と、該補機の動作を制御する補機制御部と、パワーコンディショナとを備え、該パワーコンディショナは、燃料電池で発電された直流電力を入力して交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部の動作を制御する電力変換制御部とを備え、補機制御部及び電力変換制御部が情報通信手段を介して相互に情報通信可能に接続された燃料電池発電システムにおいて、
前記電力変換部は、前記直流電力の第１の入力電路を備え、該第１の入力電路には、閉制御時に第１の入力電路を導通状態とするとともに開制御時に第１の入力電路を遮断することにより燃料電池の発電出力を停止させるための第１のスイッチ手段が設けられ、該第１のスイッチ手段を開制御するために補機制御部が出力する出力停止信号をパワーコンディショナへ伝達するための信号伝達手段が前記情報通信手段とは別に設けられていることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、第１のスイッチ手段は電力変換制御部によって開閉制御され、信号伝達手段は、前記出力停止信号を電力変換制御部に入力させるよう構成され、電力変換制御部は、出力停止信号を入力すると第１のスイッチ手段を開制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項２に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記電力変換部は、前記第１の入力電路に並列に設けられた突入電流抑制用の第２の入力電路を備え、該第２の入力電路には、電力変換制御部によって開閉制御され且つ閉制御時に第２の入力電路を導通状態とするとともに開制御時に第２の入力電路を遮断する第２のスイッチ手段が設けられ、これにより燃料電池の発電出力を停止させるための第１のスイッチ手段と突入電流抑制用の第２のスイッチ手段とが並列に接続され、
前記電力変換制御部は、通常運転中は第２のスイッチ手段を開制御するとともに第１のスイッチ手段を閉制御し、通常運転中に信号送信手段を介して前記出力停止信号を受信すると第２のスイッチ手段を開制御しつつ第１のスイッチ手段を開制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項３に記載の燃料電池発電システムにおいて、第１のスイッチ手段は電磁リレーであり、第２のスイッチ手段は半導体スイッチング素子であることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、信号伝達手段は、前記出力停止信号を電力変換制御部を経由せずに第１のスイッチ手段に出力するよう構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムにおいて、情報通信手段は補機とパワーコンディショナとを接続する通信線を備え、信号伝達手段は、出力停止信号を伝達する信号線を前記通信線とは別個に備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池発電システムにおいて、補機制御部は、補機の異常検出時に前記出力停止信号を出力し、該出力停止信号は、補機の異常の有無に応じた２値信号であることを特徴とする燃料電池発電システム。