JP5071417B2 - 電力変換装置とそれを用いた燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に電力を注入する電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムに関する。

従来の電力変換装置について図面を参照しながら説明する。図７は従来の電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。

図７に示すように、電力変換装置は、例えば燃料電池５１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統５２に交流電力を供給している。

そして、電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ５３と、昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ５４と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路５５と、インバータ回路５５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ５６とを備え、系統５２に接続されている。

このとき、昇圧コンバータ５３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ５３１、スイッチング素子Ｑ５３３〜Ｑ５３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路５３２と、コンバータ回路５３２の出力に一次側が接続された端子台付の高周波昇圧トランス５３７と、端子台付の高周波昇圧トランス５３７の二次側に接続された整流回路５３８とで構成されている。さらに、インバータ回路５５は、パワー・スイッチング素子Ｑ５３９〜Ｑ５４２を４石使用したフルブリッジ構成からなる。

通常、電力の供給元である燃料電池の場合、電力変換装置への入力電圧は比較的低電圧である。そのため、入力電圧を高電圧へと電圧変換する昇圧コンバータ５３を備えた電力変換装置を用いることが一般的である。

しかし、従来の電力変換装置で、一段の昇圧回路および１つの高周波昇圧トランスによ
り、高い昇圧比を実現する場合、高周波昇圧トランスの一次巻線と二次巻線との線径や巻数に大きな差が必要となる。そのため、結合度の高い高周波昇圧トランスを構成することが困難であった。

そこで、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを電子部品が実装されたプリント基板とは別に設置する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。つまり、特許文献１の電力変換装置では、昇圧コンバータで使用される高周波昇圧トランスの一次側に大電流を流すために、端子台付の高周波昇圧トランスを電子部品が実装された回路基板とは別に電力変換装置内に設置している。そして、接続電線を用いて、高周波昇圧トランスの端子台と回路基板とを接続する構成である。
特開昭６１−２３６３７３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、高周波昇圧トランスを別に設置するため、電力変換装置を小型化することが困難であった。

また、高周波昇圧トランスの端子台と回路基板上の銅箔パターンを接続する接続電線の長さを長くすると、配線インピーダンスなどによりコンデンサのサージ電圧抑制効果が阻害され、スイッチング素子に過大な負荷を与えるという課題があった。

さらに、昇圧コンバータを構成する部品の配置や配線において、各部品間の配線の長さの不均衡に起因して、昇圧回路へ電力を均等に供給できないという課題もあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複合する配置や配線などの制約を総合的に満たす小型の昇圧コンバータの構成を有する電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧された直流電圧を入力とし出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路と、を少なくとも有する電力変換装置であって、昇圧コンバータは、直流電圧を昇圧する高周波昇圧トランスと、高周波昇圧トランスを配置する回路基板を備え、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置から離れた回路基板に接続し、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置の近傍の回路基板に接続する構成を有する。

この構成により、電力変換装置を小型化できる。また、配線インピーダンスによるサージ電圧を抑制して、昇圧コンバータのパワー・スイッチング素子がスイッチングする際のスイッチング損失を低減できる。その結果、小型で変換効率の高い省エネルギー性に優れた電力変換装置を実現できる。

また、本発明の燃料電池システムは、上記電力変換装置と、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電圧を発電する燃料電池と、を少なくとも備え、電力変換装置の昇圧コンバータで燃料電池で発電した直流電圧を昇圧する構成を有する。これにより、発電効率に優れた燃料電池システムを実現できる。

本発明の電力変換装置は、高周波昇圧トランスの引き出し線の配置の最適化により小型で、高い信頼性と変換効率が得られる。

また、本発明の燃料電池システムは、変換効率の高い電力変換装置により、発電効率を向上できる。

第１の発明は、直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧された直流電圧を入力とし出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路と、を少なくとも有する電力変換装置であって、昇圧コンバータは、直流電圧を昇圧する高周波昇圧トランスと、高周波昇圧トランスを配置する回路基板を備え、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置から離れた回路基板に接続し、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置の近傍の回路基板に接続する構成を有する電力変換装置である。

この構成により、電力変換装置を小型化できる。また、配線インピーダンスによるサージ電圧を抑制して、昇圧コンバータのパワー・スイッチング素子がスイッチングする際のスイッチング損失を低減できる。その結果、小型で変換効率の高い省エネルギー性に優れた電力変換装置を実現できる。また、これにより、高周波昇圧トランスの実装性の向上および実装面積の削減ができる。

第２の発明は、第１の発明において、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を略同一方向に引き出す電力変換装置である。これにより、電力を均等に供給できる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線が、リード線、導電体板またはピンからなる電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスの接続信頼性や、実装性を向上できる。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、リード線、導電体板またはピンからなる電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスの接続信頼性や、実装性を向上できる。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、回路基板に表面実装で接続されている電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスを確実に回路基板に実装し、信頼性の高い電力変換装置を実現できる。

第６の発明は、第１の発明において、昇圧コンバータは、複数の高周波昇圧トランスを備え、複数の高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が互いに対向する方向に引き出され、回路基板に接続されている電力変換装置である。これにより、配線の長さの不均衡を改善して、電力を均等に供給できる。

第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、昇圧コンバータは、高周波昇圧トランスを配置する第１回路基板と、第２回路基板と、を備え、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、第２回路基板に接続し、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、第１回路基板に接続する電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスに流れる電流の大きさに応じて回路基板の面積や回路基板のパターン設計などの汎用性を向上できる。

第８の発明は、第７の発明において、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、第１回路基板に表面実装で接続されている電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスを確実に回路基板に実装し、信頼性の高い電力変換装置を実現できる。

弟９の発明は、第７または第８の発明において、昇圧コンバータは、複数の高周波昇圧トランスを備え、複数の高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が互いに対向する方向に引き出され、第２回路基板に接続されている電力変換装置である。これにより、配線の長さの不均衡を改善して、電力を均等に供給できる。

第１０の発明は、第１から第９のいずれかに記載の電力変換装置と、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電圧を発電する燃料電池と、を少なくとも備え、電力変換装置の昇圧コンバータで燃料電池で発電した直流電圧を昇圧する燃料電池システムである。これにより、発電効率に優れた燃料電池システムを実現できる。

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。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における電力変換装置について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図である。また、図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。なお、以下では、本実施の形態の電力変換装置に、燃料電池を接続した燃料電池システムを例に説明する。

すなわち、図１に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電圧を発電する燃料電池１から直流電力が入力され、入力された直流電力を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統２に交流電力を供給するものである。

そして、電力変換装置は、燃料電池１で発電された入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ３と、昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ４と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路５と、インバータ回路５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ６と、を少なくとも備えて構成され、系統２に接続されている。

ここで、昇圧コンバータ３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、パワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス３７と、高周波昇圧トランス３７の二次側に接続された整流回路３８で構成されている。また、インバータ回路５は、スイッチング素子Ｑ３９〜Ｑ４２を４石使用したフルブリッジ構成で構成されている。

このとき、コンバータ回路３２およびインバータ回路５のパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６は、例えばＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはトランジスタなどで構成される。また、整流回路３８のダイオードは、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅなどで構成される。

そして、図２に示すように、昇圧コンバータ３の回路基板２０に実装された高周波昇圧トランス３７の一対の、例えばリード線からなる一次巻線の引き出し線３７Ａは、略同一方向で略同一面上に引き出されて、高周波昇圧トランス３７が配置された位置から離れた
回路基板２０の位置に、例えばはんだ付けにより接続される。また、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂは、高周波昇圧トランス３７が配置された位置の近傍の回路基板２０の位置に、例えばピンを介して差し込まれて実装され、回路基板２０の配線パターン（図示せず）と接続されている。

なお、上記では、高周波昇圧トランス３７の一次巻線の引き出し線３７Ａをリード線を例に説明したが、これに限られず、導電体板やピンで引き出してもよい。また、同様に、高周波昇圧トランス３７の二次巻線の引き出し線３７Ｂを、リード線や導電体板で引き出す構成としてもよい。これにより、取り扱い性や実装性を向上できる。

また、上記では、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂをはんだ付けで接続する例で説明したがこれに限られず、例えば表面実装により接続してもよい。これにより、接続を簡略化できる。

また、上記では、高周波昇圧トランス３７の一対の一次巻線の引き出し線３７Ａを略同一面上に引き出す例で説明したが、これに限られない。例えば、図２（ｂ）に示すように、高周波昇圧トランス３７の一対の一次巻線の引き出し線３７Ａを、高周波昇圧トランス３７の高さ方向の上下に離れた位置から引き出してもよい。これにより、引き出し線の取り扱いを容易にでき、生産性を向上できる。

また、上記では、コンバータ回路３２をフルブリッジ構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路もしくは、プッシュプル・コンバータ回路で構成してもよく、同じ動作を実現できる。

本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線を接続する端子台を回路基板２０上にもつ必要がなくなるので、大電流が流れる回路基板２０の面積を小さくできる。

また、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス３７が小型になるため、電力変換装置を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス３７が回路基板２０に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス３７の一次巻線側の引き出し線３７Ａが不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータ３のパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。

また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における電力変換装置について、図面を用いて説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図である。また、図４（ａ）は、本発明の実施の形態２における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図４（ｂ）は、本発明の実施の形態２における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。

すなわち、図３と図４に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、昇圧コンバータ１５が、少なくとも２つの第１昇圧コンバータ部と第２昇圧コンバータ部から構成されている点で、実施の形態１とは異なる。

そして、図４（ａ）に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、第１昇圧コンバータ部と第２昇圧コンバータ部を構成する２つの高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が、互いに対向する向きで回路基板上に配置されている。

以下、具体的に、本実施の形態の電力変換装置の昇圧コンバータ１５について説明する。なお、昇圧コンバータ１５以外は、実施の形態１と同じであり説明を省略する。

図３に示すように、実施の形態１の昇圧コンバータ３を第１昇圧コンバータ部３とし、第２昇圧コンバータ部１０を、互いに接続して昇圧コンバータ１５を構成したものである。

このとき、第１昇圧コンバータ部３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、パワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス３７と、高周波昇圧トランス３７の二次側に接続された整流回路３８で構成されている。

同様に、第２昇圧コンバータ部１０は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ１１、パワー・スイッチング素子Ｑ１３〜Ｑ１６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路１２と、コンバータ回路１２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス１７と、高周波昇圧トランス１７の二次側に接続された整流回路１８で構成されている。

そして、第１昇圧コンバータ部３のコンバータ回路３２と第２昇圧コンバータ部１０のコンバータ回路１２は、燃料電池１と並列に接続され、第１昇圧コンバータ部３の整流回路３８と第２昇圧コンバータ部１０の整流回路１８の出力は、直列に接続されている。これにより、高い直流電圧を得ることができる。

このとき、図４（ａ）に示すように、第１昇圧コンバータ部３の回路基板２１に実装された高周波昇圧トランス３７の一対の、例えばリード線からなる一次巻線の引き出し線３７Ａは、略同一方向で略同一面上に引き出されて、高周波昇圧トランス３７が配置された位置から離れた回路基板２１の位置に、例えばはんだ付けにより接続される。また、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂは、高周波昇圧トランス３７が配置された位置の近傍の回路基板２１の位置に、例えばピンを介して差し込まれて実装され、回路基板２０の配線パターン（図示せず）と接続されている。

同様に、第２昇圧コンバータ部１０の回路基板２１に実装された高周波昇圧トランス１７の一対の、例えばリード線からなる一次巻線の引き出し線１７Ａは、略同一方向で略同一面上に引き出されて、高周波昇圧トランス１７が配置された位置から離れた回路基板２１の位置に、例えばはんだ付けにより接続される。また、高周波昇圧トランス１７の一対の二次巻線の引き出し線１７Ｂは、高周波昇圧トランス１７が配置された位置の近傍の回路基板２１の位置に、例えばピンを介して差し込まれて実装され、回路基板２１の配線パターン（図示せず）と接続されている。

このとき、図４（ａ）に示すように、第１昇圧コンバータ部３の高周波昇圧トランス３７の一対の一次巻線の引き出し線３７Ａの引き出し方向は、第２昇圧コンバータ部１０の高周波昇圧トランス１７の一対の一次巻線の引き出し線１７Ａの引き出し方向と、互いに対向する向きで回路基板上に配置して実装する。

本実施の形態の電力変換装置によれば、高周波昇圧トランス１７，３７を複数使用することにより、一個の高周波昇圧トランスで構成する場合と比べて、高周波昇圧トランス１７，３７が小さくなり、一次巻線と二次巻線の結合度が高くなり、高周波昇圧トランス１７，３７の損失を低減できる。

また、本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線を接続する端子台を回路基板２１上にもつ必要がなくなるので、大電流が流れる回路基板２１の面積を小さくできる。また、高周波昇圧トランス１７，３７の一対の二次巻線の引き出し線１７Ｂ，３７Ｂをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス１７，３７が小型化になるため、電力変換装置を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス１７，３７の一対の二次巻線の引き出し線１７Ｂ，３７Ｂをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス１７，３７が回路基板２１に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス１７，３７の一次巻線の引き出し線１７Ａ，３７Ａに不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータ３のパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。

また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。

（実施の形態３）
以下に、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５を用いて説明する。なお、実施の形態３の燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図は、実施の形態１の図１と同じであるので、図１を参照しながら説明する。

図５（ａ）は、本発明の実施の形態３における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図５（ｂ）は、本発明の実施の形態３における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。

すなわち、図５に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、昇圧コンバータ３を配置される回路基板が、複数の回路基板２２，２３で構成され、高周波昇圧トランス３７が配置される第１回路基板２２と、高周波昇圧トランス３７の一次巻線の引き出し線３７Ａが接続される第２回路基板２３が異なる点で、実施の形態１とは異なる。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。

つまり、図５に示すように、昇圧コンバータ３は、発電した直流電圧を昇圧する高周波昇圧トランス３７と、高周波昇圧トランス３７が配置された第１回路基板２２と、高周波昇圧トランス３７が配置されていない第２回路基板２３を備えている。そして、高周波昇
圧トランス３７の一対の一次巻線の引き出し線３７Ａは、第２回路基板２３に接続され、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂは、高周波昇圧トランス３７が配置された位置の近傍の第１回路基板２２に接続されている。

本実施の形態の電力変換装置によれば、高周波昇圧トランス３７が配置される第１回路基板２２には小電流が流れ、高周波昇圧トランス３７の一次巻線の引き出し線３７Ａが接続される第２回路基板２３には大電流が流れるので、各々の回路基板２２，２３の導体パターン厚さを別にすることができるので、回路基板２２，２３の低コスト化を実現できる。

また、本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線を接続する端子台を回路基板上にもつ必要がなくなるので、回路基板２２，２３の面積を小さくできる。また、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス３７が小型になるため、電力変換装置を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス３７の一対の二次巻線の引き出し線３７Ｂをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス３７が回路基板２２に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス３７の一次巻線の引き出し線３７Ａに不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータ３のパワー・スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。

また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。

（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における電力変換装置について、図６を用いて説明する。なお、実施の形態４の燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図は、実施の形態２の図３と同じであるので、図３を参照しながら説明する。

図６（ａ）は、本発明の実施の形態４における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図６（ｂ）は、本発明の実施の形態４における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。

すなわち、図６に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、昇圧コンバータを配置される回路基板が、複数の回路基板で構成され、高周波昇圧トランスが配置される回路基板と、高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線が接続される回路基板が異なる点で、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。

つまり、図６に示すように、第１昇圧コンバータ部３と第２昇圧コンバータ部１０は、高周波昇圧トランス１７、３７が配置された第１回路基板２４と、高周波昇圧トランス１７、３７が配置されてない第２回路基板２５を備えている。そして、高周波昇圧トランス１７、３７の一対の一次巻線の引き出し線１７Ａ、３７Ａは、第２回路基板２５に接続され、高周波昇圧トランス１７、３７の一対の二次巻線の引き出し線１７Ｂ、３７Ｂは、高
周波昇圧トランス１７、３７が配置された位置の近傍の第１回路基板２４に差し込まれ接続されている。

本実施の形態の電力変換装置によれば、高周波昇圧トランス１７，３７を複数使用することとにより、一個の高周波昇圧トランスで構成する場合と比べて、高周波昇圧トランス１７，３７が小さくなり、一次巻線と二次巻線の結合度が高くなり、高周波昇圧トランス１７，３７の損失を低減できる。

また、高周波昇圧トランス１７，３７が配置される第１回路基板２４には小電流が流れ、高周波昇圧トランス１７，３７の一次巻線の引き出し線１７Ａ，３７Ａが接続される第２回路基板２５には大電流が流れるので、各々の回路基板２４，２５の導体パターン厚さを別にすることができるので、回路基板２４，２５の低コスト化を実現できる。

また、本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線のを接続する端子台を回路基板上にもつ必要がなくなるので、回路基板２４，２５の面積を小さくできる。

また、高周波昇圧トランス１７，３７の一対の二次巻線の引き出し線１７Ｂ，３７Ｂをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス１７，３７が小型になるため、電力変換装置を小型化できる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス１７，３７の一対の二次巻線の引き出し線１７Ｂ，３７Ｂをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス１７，３７が第１回路基板２４に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。

また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス１７，３７の一次巻線の引き出し線１７Ａ，３７Ａに不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータのパワー・スイッチング素子のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。

また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。

本発明にかかる電力変換装置は、小型で高効率の昇圧コンバータにより、省スペースや省エネルギーが要望される、燃料電池装置、太陽光発電装置、風力発電装置や太陽熱発電装置などの技術分野において有用である。

本発明の実施の形態１における燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図 （ａ）本発明の実施の形態１における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図（ｂ）同実施の形態における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図 本発明の実施の形態２における燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図 （ａ）本発明の実施の形態２における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図（ｂ）同実施の形態における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図 （ａ）本発明の実施の形態３における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図（ｂ）同実施の形態における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図 （ａ）本発明の実施の形態４における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図（ｂ）同実施の形態における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図 従来の電力変換装置の構成の一例を示すブロック図

１ 燃料電池
２ 系統
３，１５ 昇圧コンバータ（第１昇圧コンバータ部）
１０ 第２昇圧コンバータ部
４，１１，３１ コンデンサ
５ インバータ回路
６ フィルタ
１２，３２ コンバータ回路
１７，３７ 高周波昇圧トランス
１７Ａ，３７Ａ 一次巻線の引き出し線
１７Ｂ，３７Ｂ 二次巻線の引き出し線
１８，３８ 整流回路
２０，２１ 回路基板
２２，２４ 第１回路基板
２３，２５ 第２回路基板

Claims (10)

1. 直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
   前記昇圧された直流電圧を入力とし出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路と、
   を少なくとも有する電力変換装置であって、
   前記昇圧コンバータは、前記直流電圧を昇圧する高周波昇圧トランスと、前記高周波昇圧トランスを配置する回路基板を備え、
   前記高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、それぞれ前記高周波昇圧トランスの側面上端と側面下端から引き出して前記回路基板に接続し、前記高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、共に前記高周波昇圧トランスの底面から引き出して前記回路基板に接続する、
   電力変換装置。
2. 前記高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を略同一方向に引き出す請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線が、リード線、導電体板またはピンである請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、リード線、導電体板またはピンである請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、前記回路基板に表面実装で接続されている請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記昇圧コンバータは、複数の前記高周波昇圧トランスを備え、前記複数の前記高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が互いに対向する方向に引き出され、前記回路基板に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記昇圧コンバータは、前記高周波昇圧トランスを配置する第１回路基板と、第２回路
   基板と、を備え、前記高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、前記第２回路基板に接続し、前記高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、前記第１回路基板に接続する請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、前記第１回路基板に表面実装で接続されている請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記昇圧コンバータは、複数の前記高周波昇圧トランスを備え、前記複数の前記高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が互いに対向する方向に引き出され、前記第２回路基板に接続されている請求項７または８に記載の電力変換装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置と、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電圧を発電する燃料電池と、を少なくとも備え、前記電力変換装置の前記昇圧コンバータで前記燃料電池で発電した直流電圧を昇圧する燃料電池システム。

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