JP2717215B2 - Fuel cell power supply system - Google Patents

Fuel cell power supply system

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は燃料電池の直流出力をDC−DCコンバータによ
り電圧変換して負荷に給電する燃料電池給電システムに
関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell power supply system for converting a DC output of a fuel cell into a voltage by a DC-DC converter and supplying power to a load.

(従来の技術) 燃料電池は水素と酸素との電気化学反応により直流電
力を発生することから、直流負荷に対しては直接給電す
ることができる。しかし、負荷の所要電圧と燃料電池電
圧との関係から燃料電池出力の電圧変換が必要な場合に
は、第4図に示すように燃料電池1から負荷となる装置
3(以下負荷装置という。)への給電はDC−DCコンバー
タ2′を介し、電圧を変換して給電する。このとき、負
荷装置3の消費電力が燃料電池1の定格出力と一致して
いるならば燃料電池1を有効に使うことができる。な
お、ここではDC−DCコンバータ2′を損失を無視して説
明する。
(Prior Art) Since a fuel cell generates DC power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, it can directly supply power to a DC load. However, when the voltage conversion of the fuel cell output is necessary from the relationship between the required voltage of the load and the fuel cell voltage, a device 3 (hereinafter, referred to as a load device) that becomes a load from the fuel cell 1 as shown in FIG. The power is supplied to the power supply via a DC-DC converter 2 'after converting the voltage. At this time, if the power consumption of the load device 3 matches the rated output of the fuel cell 1, the fuel cell 1 can be used effectively. Here, the DC-DC converter 2 'will be described while ignoring the loss.

(発明が解決しようとする課題) しかし、第4図において、必ずしも燃料電池1の定格
出力と負荷装置3の消費電力とは一致するとは限らな
い。例えば、同一の負荷装置3が2装置あり、各負荷装
置3の消費電力が燃料電池の定格出力の2分の1を超え
るようなこともある。この場合、燃料電池1から2台の
負荷装置3に電力を供給すると燃料電池1の定格出力を
超え、特性の劣化を引き起こすか、あるいは給電不能と
なり、燃料電池1の出力にはまだ余裕があるにもかかわ
らず、1台の負荷装置3にしか電力を供給できないこと
になる。また、他の負荷装置3に対しては新たに燃料電
池を設けるか、別系統の直流出力の電源、例えば商用電
源を入力とする整流器から給電せざるを得ない。このた
め創設費用が高価な燃料電池の有効利用が図れないとい
う問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in FIG. 4, the rated output of the fuel cell 1 and the power consumption of the load device 3 do not always match. For example, there may be a case where there are two identical load devices 3 and the power consumption of each load device 3 exceeds half the rated output of the fuel cell. In this case, when power is supplied from the fuel cell 1 to the two load devices 3, the output exceeds the rated output of the fuel cell 1, causing deterioration of characteristics or power supply failure, and there is still room for the output of the fuel cell 1. Nevertheless, power can be supplied to only one load device 3. Further, a fuel cell must be newly provided for the other load devices 3 or power must be supplied from a DC output power supply of another system, for example, a rectifier having a commercial power supply as an input. For this reason, there was a problem in that it was not possible to make effective use of fuel cells, which were expensive to set up.

本発明の目的は、燃料電池の定格出力を超えて負荷装
置が電力を消費するときは、燃料電池の定格出力と負荷
装置の消費電力との関係に関わりなく、燃料電池からは
その定格出力を負荷装置へ給電し、不足分を別系統の直
流出力の電源、例えば商用電源あるいはエンジン発電機
を入力とする整流器から給電するものであり、これによ
り燃料電池の有効利用を図ろうとするものである。
An object of the present invention is to reduce the rated output from a fuel cell when the load device consumes power exceeding the rated output of the fuel cell, regardless of the relationship between the rated output of the fuel cell and the power consumption of the load device. The power is supplied to the load device, and the shortage is supplied from a DC output power supply of another system, for example, a rectifier having a commercial power supply or an engine generator as an input, thereby attempting to effectively use the fuel cell. .

(課題を解決するための手段) 本発明と上記目的を達成するため、燃料電池と、入力
が該燃料電池に接続されて該燃料電池の出力を所定値内
に抑えるための垂下機能を有するDC−DCコンバータと、
該燃料電池の出力の所定値を超える負荷装置に対し給電
する別系統の直流出力の電源とを設け、該DC−DCコンバ
ータと該別系統の直流出力の電源とのそれぞれに並列運
転するためのダイオードを備えたことを特徴とする燃料
電池給電システムを第1の要旨とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the present invention and the above object, a fuel cell and a DC having an input connected to the fuel cell and having a drooping function for suppressing the output of the fuel cell within a predetermined value are provided. A DC converter,
A separate DC output power supply for supplying power to a load device exceeding a predetermined value of the output of the fuel cell, and operating in parallel with each of the DC-DC converter and the separate DC output power supply. A first gist is a fuel cell power supply system including a diode.

また、前記別系統の直流出力の電源は、商用電源ある
いはエンジン発電機を入力とする整流器であり、該整流
器の出力電圧が、前記垂下機能を有するDC−DCコンバー
タの垂下開始時の出力電圧よりも低いことを特徴とする
請求項1記載の燃料電池給電システムを第2の要旨と
し、前記負荷装置は、所望の電圧に変換するためのDC−
DCコンバータあるいはインバータを含んだ構成としたこ
とを特徴とする請求項1記載の燃料電池給電システムを
第3の要旨とする。
Further, the power supply of the DC output of the separate system is a rectifier having a commercial power supply or an engine generator as an input, and the output voltage of the rectifier is lower than the output voltage of the DC-DC converter having the droop function at the start of droop. The fuel cell power supply system according to claim 1, wherein the load device is a DC-DC converter for converting to a desired voltage.
A third aspect of the fuel cell power supply system according to claim 1, wherein the fuel cell power supply system includes a DC converter or an inverter.

(実施例) 以下、図面に沿って本発明の実施例について説明す
る。なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神
を逸脱しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうる
ことは言うまでもない。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment is merely an example, and it goes without saying that various changes or improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は本発明の動作を説明する特性図である。第1図におい
て、1は燃料電池、2は垂下機能を有するDC−DCコンバ
ータ、3は負荷装置、4は商用電源あるいはエンジン発
電機、5は整流器、61および62は並列運転をするための
ダイオードである。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operation of the present invention. In FIG. 1, 1 is a fuel cell, 2 is a DC-DC converter having a drooping function, 3 is a load device, 4 is a commercial power supply or an engine generator, 5 is a rectifier, and 61 and 62 are diodes for operating in parallel. It is.

また、第2図は燃料電池1の出力を入力するとDC−DC
コンバータ2の出力電圧−出力電流特性Aと商用電源
(またはエンジン発電機)4を入力とする整流器5の出
力電圧−出力電流特性B、ならびに、DC−DCコンバータ
2と整流器5の負荷分担状態を示したものである。
FIG. 2 shows that when the output of the fuel cell 1 is input, DC-DC
The output voltage-output current characteristic A of the converter 2 and the output voltage-output current characteristic B of the rectifier 5 to which the commercial power supply (or the engine generator) 4 is input, and the load sharing state of the DC-DC converter 2 and the rectifier 5 are shown. It is shown.

以下に、第1図,第2図を用い、本発明の動作を明す
る。
The operation of the present invention will be described below with reference to FIGS.

通常DC−DCコンバータ2の入力電力は垂下開始点(第
2図の点S)で最大となる。従って、DC−DCコンバータ
2の垂下開始点を一定の値に設定することにより、燃料
電池1の出力電力を一定電力以内に抑えることができ
る。例えば、燃料電池1の定格出力とDC−DCコンバータ
2の入力電力の最大値が一致するように、DC−DCコンバ
ータ2の垂下開始点Sを定めることにより、燃料電池1
は定格出力を超えて電力を供給することがなくなる。
Normally, the input power of the DC-DC converter 2 becomes maximum at the droop start point (point S in FIG. 2). Therefore, by setting the drooping start point of the DC-DC converter 2 to a constant value, the output power of the fuel cell 1 can be suppressed within the constant power. For example, by determining the droop start point S of the DC-DC converter 2 so that the rated output of the fuel cell 1 and the maximum value of the input power of the DC-DC converter 2 match, the fuel cell 1
Will not supply power beyond the rated output.

ここで、1台の負荷装置3の消費電力をP0/2〔w〕、
2台の負荷装置3でP0〔w〕とし、このとき2台の負荷
装置3に供給される合計電流をI0〔A〕とすると、この
I0〔A〕は次のように負荷分担される。DC−DCコンバー
タ2からI1〔A〕、整流器5からI2〔A〕が供給され
れ、I0〔A〕=I1+I2〔A〕(第2図の交点Xの状態)
となる。しかし、負荷装置3の電流がI0<I1の状態では
DC−DCコンバータ2のみが負荷装置3に電力を供給す
る。さらに、負荷の消費電力が増加し、2台の負荷装置
3に供給される合計電流I0〔A〕がDC−DCコンバータ2
の出力電流I1〔A〕より△I0〔A〕だけ増大すると、DC
−DCコンバータ2の出力電流はI1〔A〕からほとんど変
化せず、整流器5の出力電流のみが△I0〔A〕分担する
ことになる。かくして、I0〔A〕=I1+I2〔A〕となる
と第2図に示した負荷分担となる。即ち、燃料電池1の
出力は定格値に保たれ、増加した負荷の消費電力は商用
電源(またはエンジン発電機)4より供給されることに
なる。
Here, the power consumption of one load device 3 is represented by P 0/2 [w],
Assuming that P 0 [w] in the two load devices 3 and that the total current supplied to the two load devices 3 at this time is I 0 [A],
I 0 [A] is load-shared as follows. I 1 [A] is supplied from the DC-DC converter 2 and I 2 [A] is supplied from the rectifier 5, and I 0 [A] = I 1 + I 2 [A] (the state of the intersection X in FIG. 2).
Becomes However, when the current of the load device 3 is I 0 <I 1
Only the DC-DC converter 2 supplies power to the load device 3. Furthermore, the power consumption of the load increases, and the total current I 0 [A] supplied to the two load devices 3 is increased by the DC-DC converter 2
When the output current I 1 [A] increases by ΔI 0 [A], DC
The output current of the DC converter 2 hardly changes from I 1 [A], and only the output current of the rectifier 5 shares ΔI 0 [A]. Thus, when I 0 [A] = I 1 + I 2 [A], the load is shared as shown in FIG. That is, the output of the fuel cell 1 is maintained at the rated value, and the increased power consumption of the load is supplied from the commercial power supply (or the engine generator) 4.

このように構成されているので、燃料電池の定格出力
が、負荷装置の消費電力と一致しない場合であっても、
燃料電池からは定格出力を負荷装置へ供給し、残りの不
足分だけを別系統の直流出力の電源から給電することが
可能となる。
With this configuration, even when the rated output of the fuel cell does not match the power consumption of the load device,
It is possible to supply the rated output from the fuel cell to the load device and supply only the remaining shortage from the DC output power source of another system.

第3図は本発明の他の実施例を説明する図であって、
第1図と同符号のものは同一機能のものである。
FIG. 3 is a view for explaining another embodiment of the present invention.
1 have the same functions as those in FIG.

第3図の実施例の負荷装置3は、負荷31〜34の前段
に、所望の電圧に変換するためのDC−DCコンバータ35ま
たはインバータ36を設置した構成とした点にある。
The load device 3 of the embodiment shown in FIG. 3 has a configuration in which a DC-DC converter 35 or an inverter 36 for converting to a desired voltage is installed in a stage preceding the loads 31 to 34.

このように負荷の種類によってDC−DCコンバータ35あ
るいはインバータ36を設けて構成された第3図の実施例
では以下のような特徴を有する。
The embodiment shown in FIG. 3 in which the DC-DC converter 35 or the inverter 36 is provided depending on the type of the load has the following features.

一般に、効率の高い、経済的な燃料電池給電システム
を構築しようとすると、燃料電池1の出力につながる垂
下機能を有するDC−DCコンバータ2と、商用電源(また
はエンジン発電機)4を入力とする整流器5とを並列運
転用ダイオード61,62により並列運転した出力電圧は、
負荷装置3の各負荷31〜34が必要な入力電圧と一致しな
い場合があり得る。このとき負荷31〜34の前段に設置し
たDC−DCコンバータ35あるいはインバータ36により、前
記並列運転出力電圧を負荷装置3の負荷31〜34が必要と
する所望の電圧に変換してインタフェースを合わせ、経
済的な給電システムを構築することが考えられる。
Generally, in order to construct a highly efficient and economical fuel cell power supply system, a DC-DC converter 2 having a drooping function leading to an output of the fuel cell 1 and a commercial power supply (or engine generator) 4 are input. The output voltage obtained by operating the rectifier 5 in parallel with the diodes 61 and 62 for parallel operation is:
Each of the loads 31 to 34 of the load device 3 may not match the required input voltage. At this time, the parallel operation output voltage is converted into a desired voltage required by the loads 31 to 34 of the load device 3 by a DC-DC converter 35 or an inverter 36 installed in front of the loads 31 to 34, and the interfaces are matched. It is conceivable to construct an economical power supply system.

一例をあげると、負荷装置として通信装置を対象と
し、通信装置に必要な標準電圧を直流21Vあるいは48Vを
必要とする負荷31,32としたとき、システム全体として
の効率の向上を図るためには、燃料電池1と商用電源4
との直流並列運転の出力電圧は、例えば150Vとして給電
線での損失を小さくした方がよくなる場合がある。この
ようなときに負荷装置の前段にDC−DCコンバータ35を設
置することにより150Vを21Vあるいは48Vに変換してイン
タフェースを合わせることが可能となる。
As an example, when the communication device is targeted as a load device and the standard voltage required for the communication device is a load 31 or 32 requiring DC 21 V or 48 V, in order to improve the efficiency of the entire system, , Fuel cell 1 and commercial power supply 4
In some cases, it is better to set the output voltage of the DC parallel operation to 150 V, for example, to reduce the loss in the power supply line. In such a case, by installing the DC-DC converter 35 in front of the load device, it becomes possible to convert 150 V to 21 V or 48 V and to match the interface.

又、負荷33,34が交流入力を必要とする場合にはイン
バータ36を設置することも考えられる。
When the loads 33 and 34 require an AC input, an inverter 36 may be provided.

なお、第3図の実施例の負荷分担の動作は、第2図に
より説明した動作と同様である。
The operation of load sharing in the embodiment of FIG. 3 is the same as the operation described with reference to FIG.

なお、上述の説明ではDC−DCコンバータ2の垂下開始
時の入力電力を燃料電池1の定格出力電力に合わせた場
合について説明したが、DC−DCコンバータ2の垂下開始
点を変えることにより、燃料電池1の出力をシステムと
して所望の出力に合わせることももちろん可能である。
In the above description, the case where the input power at the start of the droop of the DC-DC converter 2 is adjusted to the rated output power of the fuel cell 1, but by changing the droop start point of the DC-DC converter 2, the fuel Of course, the output of the battery 1 can be adjusted to a desired output as a system.

(発明の効果) 以上説明したように、 (i)本発明によると、燃料電池と、入力が該燃料電池
に接続されて該燃料電池の出力を所定値内に抑えるため
の垂下機能を有するDC−DCコンバータと、該燃料電池の
出力の所定値を超える負荷装置に対し給電する別系統の
直流出力の電源とを設け、該DC−DCコンバータと該別系
統の直流出力の電源とのそれぞれに並列運転するための
ダイオードを備えたことにより、燃料電池の直流出力を
DC−DCコンバータにより電圧変換して負荷に給電する燃
料電池システムにおいて、燃料電池からは所望の出力を
負荷装置へ給電し、負荷装置の消費電力の不足分を商用
電源あるいはエンジン発電機を入力とする整流器から給
電することができ、燃料電池の有効利用が可能となる。
(Effects of the Invention) As described above, (i) According to the present invention, a fuel cell and a DC having an input connected to the fuel cell and having a drooping function for suppressing the output of the fuel cell within a predetermined value. A DC converter and a separate DC output power supply for supplying power to a load device exceeding a predetermined value of the output of the fuel cell, and each of the DC-DC converter and the separate DC output power supply With the diode for parallel operation, the DC output of the fuel cell can be reduced.
In a fuel cell system in which a voltage is converted by a DC-DC converter and power is supplied to a load, a desired output is supplied from the fuel cell to a load device, and a shortage of power consumption of the load device is input to a commercial power supply or an engine generator. The power can be supplied from the rectifier, and the fuel cell can be used effectively.

(ii)また、前記別系統の直流出力の電源は、商用電源
あるいはエンジン発電機を入力とする整流器であり、該
整流器の出力電圧が、前記垂下機能を有するDC−DCコン
バータの垂下開始時の出力電圧よりも低くすることによ
り、燃料電池の定格出力に応じて最適の燃料電池給電シ
ステムが得られる。
(Ii) The DC power supply of the separate system is a rectifier having a commercial power supply or an engine generator as an input, and the output voltage of the rectifier increases when the DC-DC converter having the drooping function starts drooping. By making the output voltage lower than the output voltage, an optimal fuel cell power supply system can be obtained according to the rated output of the fuel cell.

(iii)さらに、前記負荷装置は、所望の電圧に変換す
るためのDC−DCコンバータあるいはインバータを含んだ
構成とすることにより、さらに負荷の所望の電圧種類に
応じて適切な燃料電池給電システムが得られる。
(Iii) Further, by configuring the load device to include a DC-DC converter or an inverter for converting the load to a desired voltage, a fuel cell power supply system suitable for a desired voltage type of the load is further provided. can get.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す燃料電池給電システム
のブロック図、第2図は本発明の燃料電池の出力のDC−
DCコンバータと商用電源あるいはエンジン発電機の出力
の整流器との負荷分担を説明する特性図、第3図は本発
明の他の実施例を示す燃料電池給電システムのブロック
図、第4図は従来の燃料電池給電システムのブロック図
である。 1……燃料電池 2……垂下機能を有するDC−DCコンバータ 3……負荷装置 4……商用電源あるいはエンジン発電機 5……整流器 61,62……並列運転用ダイオード
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell power supply system showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a DC-DC output of the fuel cell of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining load sharing between a DC converter and a rectifier of an output of a commercial power supply or an engine generator, FIG. 3 is a block diagram of a fuel cell power supply system showing another embodiment of the present invention, and FIG. It is a block diagram of a fuel cell power supply system. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... DC-DC converter with a drooping function 3 ... Load device 4 ... Commercial power supply or engine generator 5 ... Rectifier 61, 62 ... Diode for parallel operation

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 真一 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−35919(JP,A) 特公 昭49−31259(JP,B2) 実公 昭39−37495(JP,Y1) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Shinichi Nakajima 1-1-6 Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-60-35919 (JP, A) Akira Tokubo 49-31259 (JP, B2) Jikken 39-37495 (JP, Y1)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】燃料電池と、入力が該燃料電池に接続され
て該燃料電池の出力を所定値内に抑えるための垂下機能
を有するDC−DCコンバータと、該燃料電池の出力の所定
値を超える負荷装置に対し給電する別系統の直流出力の
電源とを設け、該DC−DCコンバータと該別系統の直流出
力の電源とのそれぞれに並列運転するためのダイオード
を備えたことを特徴とする燃料電池給電システム。
1. A fuel cell, a DC-DC converter having an input connected to the fuel cell and having a droop function for suppressing an output of the fuel cell within a predetermined value, and a predetermined value of an output of the fuel cell. A power supply of a separate system for supplying power to the load device exceeding the power supply, and a diode for operating in parallel with each of the DC-DC converter and the power supply of the DC output of the separate system. Fuel cell power supply system.
【請求項2】前記別系統の直流出力の電源は、商用電源
あるいはエンジン発電機を入力とする整流器であり、該
整流器の出力電圧が、前記垂下機能を有するDC−DCコン
バータの垂下開始時の出力電圧よりも低いことを特徴と
する請求項1記載の燃料電池給電システム。
2. The DC output power supply of the separate system is a rectifier having a commercial power supply or an engine generator as an input, and the output voltage of the rectifier at the time of the start of drooping of the DC-DC converter having the drooping function. The fuel cell power supply system according to claim 1, wherein the fuel cell power supply system is lower than the output voltage.
【請求項3】前記負荷装置は、所望の電圧に変換するた
めのDC−DCコンバータあるいはインバータを含んだ構成
としたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池給電シ
ステム。
3. The fuel cell power supply system according to claim 1, wherein said load device includes a DC-DC converter or an inverter for converting a voltage to a desired voltage.
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