JP2018088751A - 電源装置及びその制御方法、並びに、電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】安定して電力を供給する。
【解決手段】電源装置は、第１変圧部と、第２変圧部と、該第１変圧部を制御する制御部とを備える。第１変圧部は、商用電力系統の系統電圧を所定電圧に変換する。第２変圧部は、第１変圧部が駆動しているとき、第１変圧部から供給される電圧を供給電圧に変換する。さらに、第２変圧部は、第１変圧部が停止しているとき、コンバータから供給される電圧を供給電圧に変換する。制御部は、コンバータの動作に異常が発生したとき、第１変圧部を駆動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置及びその制御方法、並びに、電源システムに関する。

電源システムには、多様な機器が搭載される。例えば、燃料電池システムには、直流電圧を昇圧又は降圧するコンバータ、直流電力を交流電力に変換するインバータ、及び、セルスタックに燃料を送り込むブロワ等の周辺機器等が搭載される。

電源システムに搭載される機器は、主に、電力によって駆動する。そのため、電源システムには、これらの機器に電力を供給する電源装置が搭載される。この電源装置に関し、電源装置に異常が生じたときに、異常が生じる以前の電源装置の出力電圧のデータの変動履歴を保持するシステムが開示されている（特許文献１）。特許文献１に記載のシステムでは、保持した変動履歴を解析することで、電源装置の故障原因を解析している。

特開２００５−３０１４７６号公報

ところで、電源システムが安定して発電するために、電源装置には、電源システムに搭載される機器に、安定して電力を供給することが望まれる。

かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、安定して電力を供給することができる電源装置及びその制御方法、並びに、電源システムを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る電源装置は、第１変圧部と、第２変圧部と、該第１変圧部を制御する制御部とを備える。前記第１変圧部は、商用電力系統の系統電圧を所定電圧に変換する。前記第２変圧部は、前記第１変圧部が駆動しているとき、前記第１変圧部から供給される電圧を供給電圧に変換する。さらに、前記第２変圧部は、前記第１変圧部が停止しているとき、コンバータから供給される電圧を供給電圧に変換する。前記制御部は、前記コンバータの動作に異常が発生したとき、前記第１変圧部を駆動させる。

また、本発明の一実施形態に係る電源装置の制御方法は、第１変圧部及び第２変圧部を備える電源装置の制御方法である。該電源装置の制御方法は、前記第１変圧部によって、商用電力系統の系統電圧を所定電圧に変換する第１ステップを含む。さらに、前記電源装置の制御方法は、前記第２変圧部によって、前記第１変圧部が駆動しているとき、前記第１変圧部から供給される電圧を供給電圧に変換する第２ステップを含む。さらに、前記電源装置の制御方法は、前記第２変圧部によって、前記第１変圧部が停止しているとき、コンバータから供給される電圧を供給電圧に変換する第３ステップを含む。さらに、前記電源装置の制御方法は、前記コンバータの動作に異常が発生したとき、前記第１変圧部を駆動させる第４ステップを含む。

また、本発明の一実施形態に係る電源システムは、直流電源と、前記直流電源から供給される直流電圧を所定電圧に変換するコンバータと、電源装置とを備える。前記電源装置は、第１変圧部と、第２変圧部と、該第１変圧部を制御する制御部とを備える。前記第１変圧部は、商用電力系統の系統電圧を所定電圧に変換する。前記第２変圧部は、前記第１変圧部が駆動しているとき、前記第１変圧部から供給される電圧を供給電圧に変換する。さらに、前記第２変圧部は、前記第１変圧部が停止しているとき、前記コンバータから供給される電圧を供給電圧に変換する。前記制御部は、前記コンバータの動作に異常が発生したとき、前記第１変圧部を駆動させる。

本発明の実施形態に係る電源装置及びその制御方法、並びに、電源システムによれば、安定して電力を供給することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では、電源システムは、燃料電池システムであるものとして説明するが、これに限定されない。電源システムは、例えば、蓄電システム、太陽光発電システム、及び、ガスタービン発電システム等であってもよい。また、以下では、直流電源は燃料電池であるものとして説明するが、これに限定されない。直流電源は、蓄電池、太陽電池及びガスタービン発電機等であってもよい。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１の概略構成を示す。燃料電池システム（電源システム）１は、需要家施設に設置され、商用電力系統１００に接続される。燃料電池システム１は、需要家施設の一般負荷２００に電力を供給する。燃料電池システム１は、燃料電池（直流電源）２と、電力変換装置３とを備える。

燃料電池２は、燃料の電気化学反応によって直流電力を発電する。燃料電池２は、例えば、ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）又はＰＥＦＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等である。燃料電池２は、発電した直流電力を、電力変換装置３に供給する。燃料電池２は、セルスタック１０と、補機１１と、第２制御装置１２とを備える。

セルスタック１０は、補機１１から供給される燃料によって電気化学反応を生起させ、直流電圧を発電する。セルスタック１０は、発電した直流電圧を電力変換装置３に供給する。

補機１１は、セルスタック１０を発電させるために必要な周辺機器である。補機１１は、例えば、燃料をセルスタック１０に供給する。補機１１は、電力変換装置３に搭載された電源装置３０から供給される電力によって駆動する。

第２制御装置１２は、燃料電池２全体を制御及び管理するものである。第２制御装置１２は、例えば、各機能の処理を実行させるソフトウェアを読込んだ汎用のＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサによって構成される。又は、第２制御装置１２は、例えば、各機能の処理に特化した専用のプロセッサによって構成される。第２制御装置１２は、電力変換装置３に搭載された電源装置３０から供給される電力によって駆動する。

電力変換装置３は、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものである。電力変換装置３は、燃料電池２から供給される直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置３は、変換後の交流電力を、一般負荷２００に供給する。電力変換装置３は、コンバータ２０と、中間リンクコンデンサ２１と、インバータ２２と、電源装置３０と、第１制御装置（制御装置）４０とを備える。

コンバータ２０は、燃料電池２から供給される直流電圧（例えば、ＤＣ５０Ｖ〜１００Ｖ）を、所定電圧（例えば、ＤＣ３２０Ｖ〜３５０Ｖ）に変換する。コンバータ２０は、変換後の直流電圧をインバータ２２に供給する。

中間リンクコンデンサ２１は、コンバータ２０の出力側に接続される。中間リンクコンデンサ２１は、コンバータ２０の出力電圧を平滑化する。

インバータ２２は、コンバータ２０から供給される直流電圧（例えば、ＤＣ３２０Ｖ〜３５０Ｖ）を、交流電圧（例えば、ＡＣ２０２Ｖ）に変換する。インバータ２２は、変換後の交流電圧を、一般負荷２００に供給する。

電源装置３０は、燃料電池２内の機器（補機１１及び第２制御装置１２）及び第１制御装置４０に、電圧を供給する。電源装置３０は、補機１１等の供給先に応じた電圧（以下、「供給電圧」という）を生成する。電源装置３０は、コンバータ２０の出力電圧又は商用電力系統１００の系統電圧から、供給電圧を生成する。電源装置３０の構成の詳細については後述する。

第１制御装置４０は、電力変換装置３全体を制御及び管理するものである。第１制御装置４０は、例えば、各機能の処理を実行させるソフトウェアを読込んだ汎用のＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサによって構成される。又は、第１制御装置４０は、例えば、各機能の処理に特化した専用のプロセッサによって構成される。第１制御装置４０は、例えば、コンバータ２０、インバータ２２及び電源装置３０を制御する。第１制御装置４０は、電源装置３０から供給される電力によって駆動する。

本実施形態では、第１制御装置４０は、コンバータ２０が正常に動作しているとき、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧を生成するように、電源装置３０を制御する。商用電力系統１００の系統電圧からではなく、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧を生成させる理由は、供給電圧を、コンバータ２０の出力電圧から生成した方が、電源装置３０の電圧変換効率が高くなるためである。電源装置３０の電圧変換効率が高くなる理由については後述する。

さらに、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したと判定すると、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成するように、電源装置３０を制御する。系統電圧から供給電圧を生成させる理由は、コンバータ２０の動作に異常が発生すると、コンバータ２０の出力電圧が低下してしまい、電源装置３０がコンバータ２０の出力電圧から供給電圧を生成できなくなるためである。例えば、コンバータ２０が非絶縁トランスを含む場合、コンバータ２０の動作に異常が発生すると、コンバータ２０の出力電圧は、燃料電池２の発電電圧（例えば、ＤＣ５０Ｖ〜１００Ｖ）まで低下する。

また、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき、コンバータ２０を停止させてもよい。例えば、第１制御装置４０は、コンバータ２０に対してゲートブロック信号を送信し、コンバータ２０を停止させてもよい。

続いて、電源装置３０の構成の詳細について、図２を参照して説明する。

図２に、本発明の第１の実施形態に係る電源装置３０の構成の一例を示す。電源装置３０は、第１変圧部３１と、第２変圧部３２と、第１制御部（制御部）３３と、第２制御部３４とを備える。

第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作が正常であると判定したとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。一方、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき、第１制御部３３に駆動信号を送信する。

第１変圧部３１は、絶縁トランス及びスイッチ素子（例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチ素子）等を含む。第１変圧部３１は、第１制御部３３の制御に基づき、動作する。第１変圧部３１は、商用電力系統１００の系統電圧（例えば、ＡＣ２０２Ｖ）を、所定電圧に変換する。第１変圧部３１は、変換後の所定電圧を第２変圧部３２に供給する。例えば、第１変圧部３１は、商用電力系統１００の系統電圧を、所定電圧としてコンバータ２０の出力電圧（ＤＣ３２０Ｖ〜３５０Ｖ）と同程度の電圧（例えば、ＤＣ４００Ｖ）に変換する。これは、第２変圧部３２が、コンバータ２０の出力電圧を入力電圧として受けるときに、第２変圧部３２の電圧変換効率が最も良くなるように第２変圧部３２が設計されている場合である。第２変圧部３２の変換処理可能な入力電圧の範囲を広げると第２変圧部３２自体の電圧変換効率が悪化してしまう恐れがある。これを考慮して、第２変圧部３２の変換処理可能な入力電圧の範囲は、ある程度の範囲に絞られている。

なお、第１変圧部３１は、入力側と出力側とが絶縁される絶縁トランスを含む。従って、第１変圧部３１が停止すると、商用電力系統１００の系統電圧は、第１変圧部３１を介して、第２変圧部３２に供給されなくなる。

第２変圧部３２は、絶縁トランス及びスイッチ素子（例えば、ＦＥＴスイッチ素子）等を含む。第２変圧部３２は、第２制御部３４の制御に基づき、動作する。第２変圧部３２は、第１変圧部３１が駆動しているとき、第１変圧部３１から供給される電圧を、供給電圧に変換する。一方、第２変圧部３２は、第１変圧部３１が停止しているとき、コンバータ２０の出力電圧を、供給電圧に変換する。

第２変圧部３２は、変換後の供給電圧を、燃料電池システム１に搭載された機器（例えば、補機１１、第２制御装置１２及び第１制御装置４０等）に供給する。第２変圧部３２からは、補機１１等の供給先に応じた多様な供給電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ／１５Ｖ／１２Ｖ／５Ｖ／−８Ｖ）が出力される。

このように電源装置３０では、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成するとき、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって電圧変換処理が行われる。その一方で、電源装置３０では、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧を生成するとき、第２変圧部３２の１段によって電圧変換処理が行われる。従って、電源装置３０では、供給電圧を、商用電力系統１００の系統電圧から生成するよりも、コンバータ２０の出力電圧から生成した方が、電源装置３０の電圧変換効率が高くなる。

第１制御部３３は、第１制御装置４０の制御に基づき、第１変圧部３１を制御する。第１制御部３３は、第１制御装置４０から駆動信号を受信すると、第１変圧部３１を駆動させる。また、第１制御部３３は、第１制御装置４０から停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる。

第２制御部３４は、第１制御装置４０の制御に基づき、第２変圧部３２を制御する。例えば、第２制御部３４は、第２変圧部３２の入力側の要素（第１変圧部３１及びコンバータ２０）の変更に応じて、第２変圧部３２の絶縁トランスの巻き数比を切り替える信号を、第２変圧部３２に送信する。

電源装置３０が商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成しているとき、第１制御部３３及び第２制御部３４が駆動する。このとき、第１制御部３３及び第２制御部３４は、商用電力系統１００の電力によって駆動する。一方、電源装置３０がコンバータ２０の出力電圧から供給電圧を生成しているとき、第１制御部３３は停止し、第２制御部３４が駆動する。このとき、第２制御部３４はコンバータ２０の出力電力によって駆動する。

このような構成とすることで、電源装置３０では、コンバータ２０の動作に異常が発生すると、第１制御装置４０から第１制御部３３に駆動信号が送信され、第１変圧部３１が駆動する。これにより、電源装置３０では、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧が生成される。従って、電源装置３０では、コンバータ２０の動作に異常が発生してコンバータ２０の出力電圧が低下しても、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成することで、供給電圧を生成し続けることが可能になる。

さらに、電源装置３０では、コンバータ２０の動作が正常であるとき、第１制御装置４０から第１制御部３３に停止信号が送信され、第１変圧部３１が停止する。これにより、電源装置３０では、第２変圧部３２の１段によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。従って、電源装置３０では、コンバータ２０の動作が正常であるときの電源装置３０の電圧変換効率は、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって供給電圧を生成するときよりも、高くなる。

なお、コンバータ２０の動作に異常が発生したとき、第１変圧部３１が駆動して第１変圧部３１が所定電圧を第２変圧部３２に供給するまでに、時間が掛かることがある。このような場合であっても、コンバータ２０の出力電圧は、中間リンクコンデンサ２１によって第１変圧部３１が駆動するまでの間、ある程度維持される。従って、本実施形態では、第１変圧部３１が駆動して第１変圧部３１が所定電圧を第２変圧部３２に供給するまでに時間が掛かる場合であっても、供給電圧を生成し続けることが可能になる。

［システム動作］
第１の実施形態に係る燃料電池システム１の動作の一例について、図３を参照して説明する。

第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作が正常であるとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる（ステップＳ１０１）。

このようなステップＳ１０１の処理によって、コンバータ２０の動作が正常であるとき、電源装置３０では、第２変圧部３２の１段によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。これにより、電源装置３０では、コンバータ２０の動作が正常であるときの電源装置３０の電圧変換効率は、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって供給電圧を生成するときよりも、高くなる。

第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したか否か判定する（ステップＳ１０２）。第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３の処理に進む。一方、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生していないと判定したとき（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０２の処理を繰り返し行う。

ステップＳ１０３の処理では、第１制御装置４０は、第１制御部３３に駆動信号を送信する。第１制御部３３は、駆動信号を受信すると、第１変圧部３１を駆動させる。

このようなステップＳ１０２，Ｓ１０３の処理によって、コンバータ２０の動作に異常が発生すると、電源装置３０では、第１制御部３３が、第１変圧部３１を駆動させる。これにより、電源装置３０では、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧が生成される。従って、電源装置３０では、コンバータ２０の動作に異常が発生してコンバータ２０の出力電圧が低下しても、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成することで、供給電圧を生成し続けることが可能になる。

なお、ステップＳ１０３の処理では、第１制御装置４０は、コンバータ２０に対してゲートブロック信号を送信し、コンバータ２０を停止させてもよい。

以上のように、第１の実施形態に係る電源装置３０では、コンバータ２０の動作に異常が発生すると、第１制御部３３が、第１変圧部３１を駆動させる。これにより、電源装置３０では、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧が生成される。従って、電源装置３０では、コンバータ２０の動作に異常が発生してコンバータ２０の出力電圧が低下しても、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成することで、供給電圧を生成し続けることが可能になる。つまり、電源装置３０は、安定して電力を供給することができる。

ここで、電源装置が安定して電力を第１制御装置４０に供給できないと、電力変換装置３を制御する第１制御装置４０が機能できなくなることがある。第１制御装置４０が機能しなくなると、電力変換装置３が意図しないタイミングでシャットダウンしてしまうことがある。このように、電力変換装置３が意図しないタイミングでシャットダウンすると、燃料電池２が破損及び劣化する恐れがある。

これに対し、本実施形態では、電源装置３０は、安定して電力を第１制御装置４０に供給することができる。従って、本実施形態では、第１制御装置４０が機能しなくなり、電力変換装置３が意図しないタイミングでシャットダウンしてしまうといった事態を防ぐことができる。これにより、本実施形態では、電力変換装置３が意図しないタイミングでシャットダウンすることで、燃料電池２が破損及び劣化するといった事態を防ぐことができる。

さらに、コンバータ２０の出力電圧が低下したときを想定し、第２変圧部の変換処理可能な入力電圧の範囲を広げておくことも考えられる。こうすれば、コンバータ２０の出力電圧が低下しても、第２変圧部の１段によって、供給電圧を生成することが可能になるためである。しかしながら、この場合、第２変圧部の変換処理可能な入力電圧の範囲を、例えば、ＤＣ５０Ｖ（燃料電池２の発電電圧の最低値）〜ＤＣ４００Ｖまで広げる必要がある。第２変圧部の変換処理可能な入力電圧の範囲を広げると、第２変圧部自体の電圧変換効率が悪化してしまう恐れがある。

これに対し、本実施形態では、第２変圧部の変換処理可能な入力電圧の範囲を広げることなく、コンバータ２０の出力電圧が低下したとき、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成する。これにより、第２変圧部の変換処理可能な入力電圧の範囲を広げたために、第２変圧部自体の電圧変換効率が悪化してしまうといった事態を防ぐことができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４に、本発明の第２の実施形態に係る電源装置３０ａの構成の一例を示す。なお、図４に示す構成要素において、図２に示す構成要素と同一のものは、同一符号を付してその説明を省略する。

電源装置３０ａは、第１変圧部３１と、第２変圧部３２と、第１制御部３３と、第２制御部３４と、検知部３５とを備える。

検知部３５は、コンバータ２０の出力電圧が閾値を下回るか否か判定する。閾値は、例えば、第２変圧部３２の特性等に基づき、設定することができる。例えば、第２変圧部の変換処理可能な入力電圧の最低値がＤＣ３２０Ｖである場合、閾値はＤＣ３２０Ｖと設定することができる。

検知部３５には、コンバータ２０の出力電圧が入力される。検知部３５は、コンバータ２０の出力電圧が閾値を下回ると判定したとき、第１制御部３３に駆動信号を送信する。一方、検知部３５は、コンバータ２０の出力電圧が閾値以上であると判定したとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。

［システム動作］
第２の実施形態に係る燃料電池システム１の動作の一例について、図５を参照して説明する。

検知部３５は、コンバータ２０の出力電圧が閾値以上であると判定したとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる（ステップＳ２０１）。

このようなステップＳ２０１の処理によって、コンバータ２０の出力電圧が正常であるとき、電源装置３０では、第２変圧部３２の１段によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。これにより、電源装置３０では、コンバータ２０の出力電圧が正常であるときの電源装置３０の電圧変換効率は、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって供給電圧を生成するときよりも、高くなる。

検知部３５は、コンバータ２０の出力電圧が閾値を下回るか否か判定する（ステップＳ２０２）。検知部３５は、コンバータ２０の出力電圧が閾値を下回ると判定したとき（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０３の処理に進む。一方、検知部３５は、コンバータ２０の出力電圧が閾値以上であると判定したとき（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、ステップＳ２０２の処理を繰り返し行う。

ステップＳ２０３の処理では、検知部３５は、第１制御部３３に駆動信号を送信する。第１制御部３３は、駆動信号を受信すると、第１変圧部３１を駆動させる。

このようなステップＳ２０２，Ｓ２０３の処理によって、検知部３５によってコンバータ２０の出力電圧が閾値を下回ると判定されると、第１制御部３３が、第１変圧部３１を駆動させる。これにより、電源装置３０では、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧が生成される。従って、電源装置３０では、コンバータ２０の出力電圧が低下しても、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成することで、供給電圧を生成し続けることが可能になる。

以上のように、第２の実施形態に係る電源装置３０ａでは、電源装置３０ａ内に搭載された検知部３５が、コンバータ２０の出力電圧が閾値を下回るか否か判定する。これにより、第２の実施形態では、コンバータ２０の出力電圧の低下を速やかに検出し、第１変圧部３１を速やかに駆動させることができる。

さらに、第２の実施形態に係る電源装置３０ａでは、検知部３５によって、コンバータ２０の出力電圧の低下したタイミングのみ、第１変圧部３１を駆動させることが可能になる。従って、それ以外のタイミングでは、第２変圧部３２の１段によって供給電圧が生成される。これにより、電源装置３０ａの電圧変換効率をより高めることができる。

第２の実施形態に係る電源装置３０ａにおいて、その他の構成及び効果は、第１の実施形態に係る電源装置３０と同様である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

商用電力系統１００は、停電することがある。第３の実施形態に係る電源装置３０ｂは、商用電力系統１００が停電したときであっても、安定して電力を供給することができるものである。

図６に、本発明の第３の実施形態に係る電源装置３０ｂの構成の一例を示す。なお、図６に示す構成要素において、図２に示す構成要素と同一のものは、同一符号を付してその説明を省略する。

電源装置３０ｂは、第１変圧部３１と、第２変圧部３２と、第１制御部３３と、第２制御部３４と、昇圧部３６とを備える。

昇圧部３６は、第１制御装置４０から駆動信号を受信すると、コンバータ２０の出力電圧を所定電圧（例えば、ＤＣ４００Ｖ）まで昇圧する。昇圧部３６は、昇圧後の電圧を、第２変圧部３２に供給する。

また、昇圧部３６は、第１制御装置４０から停止信号を受信すると、昇圧動作を停止する。このとき、コンバータ２０の出力電圧は、昇圧部３６によって昇圧されず、昇圧部３６を介して第２変圧部３２にそのまま出力される。

本実施形態では、第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電したか否か判定する。例えば、第１制御装置４０は、商用電力系統１００の電力線に設置される電流センサから取得する値によって、商用電力系統１００が停電したか否か判定する。

第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電していないと判定したとき（商用電力系統１００が正常であると判定したとき）、さらにコンバータ２０の動作に異常が発生したか否か判定する。

第１制御装置４０は、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作に異常が発生していないと判定したとき（コンバータ２０の動作が正常であると判定したとき）、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる。さらに、第１制御装置４０は、昇圧部３６に停止信号を送信する。昇圧部３６は、停止信号を受信すると、昇圧動作を停止する。これにより、コンバータ２０の出力電圧（例えば、ＤＣ３２０Ｖ〜３５０Ｖ）は、昇圧部３６によって昇圧されず、昇圧部３６を介して第２変圧部３２にそのまま出力される。従って、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作が正常であるとき、第１の実施形態と同様に、第２変圧部３２の１段によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。

また、第１制御装置４０は、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき、第１制御部３３に駆動信号を送信する。第１制御部３３は、駆動信号を受信すると、第１変圧部３１を駆動させる。さらに、第１制御装置４０は、昇圧部３６に停止信号を送信する。昇圧部３６は、停止信号を受信すると、昇圧動作を停止する。これにより、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作に異常が発生したとき、第１の実施形態と同様に、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧が生成される。

一方、第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電したと判定したとき、さらに、コンバータ２０の動作に異常が発生したか否か判定する。

第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作に異常が発生していないと判定したとき（コンバータ２０の動作が正常であると判定したとき）、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる。さらに、第１制御装置４０は、昇圧部３６に停止信号を送信する。昇圧部３６は、停止信号を受信すると、昇圧動作を停止する。これにより、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作が正常であるとき、第２変圧部３２の１段によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。つまり、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作が正常であるとき、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作が正常であるときと同様の動作が維持される。

また、第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる。さらに、第１制御装置４０は、昇圧部３６に駆動信号を送信する。昇圧部３６は、駆動信号を受信すると、コンバータ２０の出力電圧を所定電圧まで昇圧する。従って、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作に異常が発生したとき、昇圧部３６及び第２変圧部３２によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。

ここで、商用電力系統１００が停電すると、電源装置３０が電力供給を受け得る経路は、コンバータ２０からの経路のみとなる。しかしながら、商用電力系統１００が停電したときに、コンバータ２０の動作に異常が発生することがある。コンバータ２０の動作に異常が発生すると、コンバータ２０の変換動作が停止して、コンバータ２０の出力電圧が、燃料電池２の発電電圧（例えば、ＤＣ５０Ｖ〜１００Ｖ）程度まで低下することがある。このような場合であっても、本実施形態では、昇圧部３６によって、燃料電池２の発電電圧程度にまで低下したコンバータ２０の出力電圧を、所定電圧（例えば、ＤＣ４００Ｖ）まで昇圧することができる。従って、本実施形態では、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作に異常が発生しても、昇圧部３６及び第２変圧部３２によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧を生成することが可能になる。

［システム動作］
第３の実施形態に係る燃料電池システム１の動作の一例について、図７を参照して説明する。

第１制御装置４０は、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作が正常であるとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる。さらに、第１制御装置４０は、昇圧部３６に停止信号を送信する。昇圧部３６は、停止信号を受信すると、昇圧動作を停止する（ステップＳ３０１）。

このようなステップＳ３０１の処理によって、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作が正常であるとき、電源装置３０ｂでは、第２変圧部３２の１段によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。これにより、電源装置３０ｂでは、コンバータ２０の動作が正常であるときの電源装置３０ｂの電圧変換効率は、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって供給電圧を生成するときよりも、高くなる。

次に、第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電したか否か判定する（ステップＳ３０２）。第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電したと判定したとき（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０５の処理に進む。一方、第１制御装置４０は、商用電力系統１００が停電していないと判定したとき（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、ステップＳ３０３の処理に進む。

ステップＳ３０３の処理では、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したか否か判定する。第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０４の処理に進む。一方、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生していないと判定したとき（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、ステップＳ３０１の処理に戻る。

ステップＳ３０４の処理では、第１制御装置４０は、第１制御部３３に駆動信号を送信する。第１制御部３３は、駆動信号を受信すると、第１変圧部３１を駆動させる。

このようなステップＳ３０２〜Ｓ３０４の処理によって、商用電力系統１００が正常であり、かつコンバータ２０の動作に異常が発生したとき、第１変圧部３１及び第２変圧部３２の２段によって、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧が生成される。従って、電源装置３０ｂでは、コンバータ２０の動作に異常が発生してコンバータ２０の出力電圧が低下しても、商用電力系統１００が正常であるときは、商用電力系統１００の系統電圧から供給電圧を生成することで、供給電圧を生成し続けることが可能になる。

ステップＳ３０５の処理では、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したか否か判定する。第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生していないと判定したとき（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、ステップＳ３０６の処理に進む。一方、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０７の処理に進む。

ステップＳ３０６の処理では、第１制御装置４０は、ステップＳ３０１の処理と同様の処理を行う。

ステップＳ３０７の処理では、第１制御装置４０は、昇圧部３６に駆動信号を送信する。昇圧部３６は、駆動信号を受信すると、コンバータ２０の出力電圧を所定電圧まで昇圧する。

このようなステップＳ３０２〜Ｓ３０７の処理によって、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作に異常が発生したとき、昇圧部３６及び第２変圧部３２によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。このとき、コンバータ２０の出力電圧が燃料電池２の発電電圧程度にまで低下しても、昇圧部３６によって、低下したコンバータ２０の出力電圧を所定電圧（例えば、ＤＣ４００Ｖ）まで昇圧することが可能になる。

なお、上記では、第１制御装置４０が、商用電力系統１００が停電したか否か及びコンバータ２０の動作に異常が発生したか否かの両方を判定し、両方の判定結果に基づき、昇圧部３６を駆動させる例について説明した。しかしながら、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生しているか否かのみを判定してもよい。さらに、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作の異常判定結果のみに基づき、昇圧部３６を駆動してもよい。以下、このときの制御の一例を以下に説明する。

例えば、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生したと判定したとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる。さらに、第１制御装置４０は、駆動信号を昇圧部３６に送信する。昇圧部３６は、駆動信号を受信すると、コンバータ２０の出力電圧を所定電圧まで昇圧する。これにより、コンバータ２０の動作に異常が発生したとき、コンバータ２０の出力電圧が低下しても、昇圧部３６及び第２変圧部３２によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。

一方、第１制御装置４０は、コンバータ２０の動作に異常が発生していないと判定したとき、第１制御部３３に停止信号を送信する。第１制御部３３は、停止信号を受信すると、第１変圧部３１を停止させる。さらに、第１制御装置４０は、停止信号を昇圧部３６に送信する。昇圧部３６は、停止信号を受信すると、昇圧動作を停止する。これにより、コンバータ２０の動作に異常が発生していないとき、すなわち、コンバータ２０の動作が正常であるとき、第２変圧部３２によって、コンバータ２０の出力電圧から供給電圧が生成される。

以上のように、第３の実施形態に係る電源装置３０ｂでは、コンバータ２０の動作に異常が発生したときに、コンバータ２０の出力電圧が低下しても、昇圧部３６によって、低下したコンバータ２０の出力電圧を、昇圧させることが可能である。これにより、電源装置３０ｂは、商用電力系統１００が停電し、かつコンバータ２０の動作に異常が発生したときも、供給電圧を生成し続けることが可能になる。従って、電源装置３０ｂは、安定して電力を供給することができる。

第３の実施形態に係る電源装置３０ｂにおいて、その他の構成及び効果は、第１の実施形態に係る電源装置３０と同様である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきた。しかしながら、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。従って、これらも、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１ 燃料電池システム（電源システム）
２ 燃料電池（直流電源）
３ 電力変換装置
１０ セルスタック
１１ 補機
１２ 第２制御装置
２０ コンバータ（ＤＣ／ＤＣ）
２１ 中間リンクコンデンサ
２２ インバータ（ＤＣ／ＡＣ）
３０，３０ａ，３０ｂ 電源装置
３１ 第１変圧部
３２ 第２変圧部
３３ 第１制御部（制御部）
３４ 第２制御部
３５ 検知部
３６ 昇圧部
４０ 第１制御装置（制御装置）
１００ 商用電力系統
２００ 一般負荷

Claims (11)

1. 商用電力系統の系統電圧を所定電圧に変換する第１変圧部と、
   前記第１変圧部が駆動しているとき、前記第１変圧部から供給される電圧を供給電圧に変換し、前記第１変圧部が停止しているとき、コンバータから供給される電圧を供給電圧に変換する第２変圧部と、
   前記第１変圧部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記コンバータの動作に異常が発生したとき、前記第１変圧部を駆動させる、電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記制御部は、前記コンバータの動作が正常であるとき、前記第１変圧部を停止させる、電源装置。
3. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記コンバータの出力電圧が閾値を下回るか否かを検知する検知部をさらに備え、
   前記検知部は、前記コンバータの出力電圧が閾値を下回ると検知したとき、前記制御部に駆動信号を送信し、
   前記制御部は、前記駆動信号を受信すると、前記第１変圧部を駆動させる、電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置において、
   前記コンバータの出力電圧が閾値以上であると検知したとき、前記制御部に停止信号を送信し、
   前記制御部は、前記停止信号を受信すると、前記第１変圧部を停止させる、電源装置。
5. 請求項３又は４に記載の電源装置において、
   前記閾値は、前記第２変圧部の変換処理可能な入力電圧の最低値である、電源装置。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の電源装置において、
   前記コンバータの出力側には中間リンクコンデンサが接続される、電源装置。
7. 第１変圧部及び第２変圧部を備える電源装置の制御方法であって、
   前記第１変圧部によって、商用電力系統の系統電圧を所定電圧に変換する第１ステップと、
   前記第２変圧部によって、前記第１変圧部が駆動しているとき、前記第１変圧部から供給される電圧を供給電圧に変換する第２ステップと、
   前記第２変圧部によって、前記第１変圧部が停止しているとき、コンバータから供給される電圧を供給電圧に変換する第３ステップと、
   前記コンバータの動作に異常が発生したとき、前記第１変圧部を駆動させる第４ステップと、を含む、電源装置の制御方法。
8. 直流電源と、
   前記直流電源から供給される直流電圧を所定電圧に変換するコンバータと、
   電源装置と、を備え、
   前記電源装置は、
   商用電力系統の系統電圧を所定電圧に変換する第１変圧部と、
   前記第１変圧部が駆動しているとき、前記第１変圧部から供給される電圧を供給電圧に変換し、前記第１変圧部が停止しているとき、前記コンバータから供給される電圧を供給電圧に変換する第２変圧部と、
   前記第１変圧部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記コンバータの動作に異常が発生したとき、前記第１変圧部を駆動させる、電源システム。
9. 請求項８に記載の電源システムにおいて、
   前記直流電源は燃料電池である、電源システム。
10. 請求項８又は９に記載の電源システムにおいて、
    前記コンバータを制御する制御装置をさらに備え、
    前記制御部は、前記制御装置から駆動信号を受信すると、前記第１変圧部を駆動させ、前記制御装置から停止信号を受信すると、前記第１変圧部を停止させ、
    前記制御装置は、前記コンバータの動作に異常が発生したと検知したとき、前記駆動信号を送信し、前記コンバータの動作が正常であると検知したとき、前記停止信号を送信する、電源システム。
11. 請求項８又は９に記載の電源システムにおいて、
    前記コンバータを制御する制御装置をさらに備え、
    前記電源装置は、
    前記制御装置から駆動信号を受信すると、前記コンバータの出力電圧を昇圧する昇圧部をさらに備え、
    前記制御部は、前記制御装置から停止信号を受信すると、前記第１変圧部を停止させ、
    前記制御装置は、商用電力系統が停電し、かつ前記コンバータの動作に異常が発生したと判定したとき、前記制御部に停止信号を送信し、さらに前記昇圧部に駆動信号を送信する、電源システム。

Images