JP5277747B2

JP5277747B2 - 燃料電池の電力変換装置

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Publication number: JP5277747B2
Application number: JP2008162925A
Authority: JP
Inventors: 圭一佐藤; 玄道加藤; 伸二宮内
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP2009060779A

Description

本発明は、燃料電池などの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のうち、大電流回路を有する電力変換装置に関する。

従来、１ｋＷクラスの燃料電池の直流電力を交流電力に変換する際に、従来の燃料電池の定格出力は電圧が約４０Ｖであったため、電力変換装置に使用される電力変換装置の銅箔パターンは厚さ７０μｍ以下のものであっても、パターン表面の温度上昇を所定値以下に抑えることができ長期間、信頼性の高いものであった。従来、燃料電池用に接続される電力変換装置について概略を説明する。

図１５は、フルブリッジ回路からなるコンバータを含む電力変換装置の構成を示す回路図、図１６は、電力変換装置のプリント基板の実装構成を示す上面図、図１７はプリント基板に部品が実装された部分を示す部分断面図である。

図１５において、燃料電池１の正負の出力間に平滑コンデンサ２を介してコンバータ３が接続されている。コンバータ３は、４個の素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４からなるスイッチング素子４のフルブリッジ回路で構成されている。

図１６のスイッチング素子４の点線内には８個のスイッチング素子を図示しているが、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をそれぞれ２個並列接続した場合である。フルブリッジ回路に制御回路（図示しない）からのドライブ信号にてコンバータ３を動作させることで、高周波電力に変換し昇圧トランス５に供給する。

燃料電池１は１ｋＷクラスの直流電力を発生し、スタックのセル枚数に比例した電圧を出力するため、図１５の太線で示す回路パターンにはスタックのセル枚数に反比例した大電流が流れる。昇圧トランス５により２次側には約４００Ｖの電圧を出力する。図１６において、燃料電池１は、基板１１に設けられた基板端子１０に、ケーブル９により接続される。

基板端子１０は基板１１内の銅導電体により、図１５の平滑コンデンサ２（図２には図示していない）と接続され、続いてコンバータ３を構成しているスイッチング素子４に接続されている。

スイッチング素子４で構成されるコンバータ３の出力は、昇圧トランス５の一次側に基板１１内の銅導電体により接続される。

なお、昇圧トランス５の二次側には整流・平滑回路６が接続され、インバータ７を介して系統８につながる。また、基板１１にはスイッチング素子４などの放熱を行うヒートシンク１２が設けられているとともに、放熱効果を高めるファン１３が設けられている。

図１５に示すフルブリッジ回路において太線で表されている昇圧トランス５の１次側主回路配線は、１ｋＷクラスの直流電力を発生する燃料電池の出力電圧が約４０Ｖであり、昇圧トランス５の２次側は、約４００Ｖに昇圧される。

図１６では基板１１における大電流パターン領域１５の点線内に該当パターンが形成されており、図１７のパターン１４に示すように、基板１１の全領域にわたり、銅導電体厚さ７０μｍのパターンからなるプリント基板を用いている。

プリント基板としては、銅導電体厚さ３５μｍのものが通常よく使用されているが、配線抵抗による損失を低減するために銅導電体厚さ７０μｍのパターンを使用している。銅導電体厚さ７０μｍのパターンは、昇圧トランス５の２次側回路以降の電流値は数アンペア程度であるため、特に必要ではないが、銅導電体厚さ７０μｍのパターンのプリント基板も比較的よく使用されているものであるため、基板１１の全領域にわたり、銅導電体厚さ７０μｍのパターンからなるプリント基板を用いている。

しかしながら燃料電池システムとして広く普及するためにはコストダウンが必須であり、中でも燃料電池システムを構成する主要要素である燃料電池のコストダウンが有効である。その方法の一つとして、燃料電池を構成しているセル枚数を減らす方法がある。

セル枚数を減らしていくと、定格電圧はセル枚数に比例して低くなるが、電流はセル枚数に反比例して大きくなる。このため、プリント基板の銅導電体厚さが従来のままでは、電流の２乗に比例するジュール熱により、パターン表面の温度上昇が大きくなることから劣化が加速度的に進み、信頼性の低下を招くこととなる。

従って、プリント基板のサイズを大きくすることなく、銅導電体回路パターンの抵抗値を低減させることが必要となる。この種の電力変換装置としては、例えば太陽電池の直流出力電圧を所定電圧まで昇圧し、インバータにより交流に変換された後、系統に接続されるものがあるが、太陽電池の直列数を少なくしても高い昇圧比により動作するコンバータから構成される電力変換装置があった（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１で示されている図２のプッシュプル回路（本明細書では図示しない）とは異なるが、本願の図１５に示すフルブリッジ回路が前記プッシュプル回路に相当し、図１５の太線で表されている電圧、電流を扱う１次側主回路配線を、バスバーを用いてプリント基板に電気的および機械的に接続することで回路を構成し、電力変換装置における配線抵抗による損失を低減している。

なお、バスバーとプリント配線基板との接続方法は、はんだ付け以外に溶接やネジによる接続でもよい。
特開２００４−３３６９４５号公報

しかしながら前記従来の構成では、コストダウンに有効な燃料電池のセル枚数低減に伴う、直流出力の低電圧化、つまり電力変換装置への入力電流の大電流化に対応するにあたり、バスバーを用いると部品点数が増加し、バスバー自体の加工が別途必要となり、立体的なものづくりになることでの工数増加などでコストアップの要因となる。

また電力変換装置のプリント基板へ機械的に接続する必要があるため、プリント基板の回路パターン設計自由度の減少、およびプリント基板の振動に伴うバスバーとプリント基板接続部での信頼性の低下が懸念される。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、機械的接続が不要で、信頼性の高い燃料電池用電力変換装置の電力変換装置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、本発明の燃料電池の電力変換装置は、燃料電池からの直流電力を商用系統に連系する電力変換装置において、燃料電池と接続する基板端子と、その基板端子を介して前記燃料電池に並列接続されるコンデンサと、そのコンデンサに並列に接続され、２個のスイッチング素子を直列接続したアームが２個からなるフルブリッジ構成のコンバータと、そのコンバータ出力に接続される高周波トランスと、その高周波トランスの２次側出力に接続される整流・平滑回路と、その整流・平滑回路で出力される直流電力を商用周波で電力制御するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御回路と、を備え、前記高周波トランスの１次側巻線の先端部分は、前記高周波トランスのボビンに固定されず引き出し線形状とし、前記高周波トランスの２次側巻線の先端部分は、前記高周波トランスのボビンに固定され、前記プリント基板の銅導電体に直接接続される構成とし、前記基板端子から前記高周波トランスの１次側入力までのプリント基板実装箇所を、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成し、前記高周波トランスの２次側から、前記整流・平滑回路を経て、前記インバータまでのプリント基板実装箇所は、厚さ７０μｍ以下の銅導電体にて回路を形成するものである。

本発明の燃料電池の電力変換装置は、上記構成により、大電流が流れる配線パターンにバスバー等の機械的接続を要する部品を別途用意することが不要となり、信頼性の高い電力変換装置を提供することができ、コストダウンに有効な燃料電池のセル枚数低減に伴う、直流出力の低電圧化に対応した燃料電池の電力変換装置とすることができる。

第１の発明は、燃料電池からの直流電力を商用系統に連系する電力変換装置において、燃料電池と接続する基板端子と、基板端子を介して燃料電池に並列接続されるコンデンサと、コンデンサに並列に接続され、２個のスイッチング素子を直列接続したアームが２個からなるフルブリッジ構成のコンバータと、コンバータ出力に接続される高周波トランスと、高周波トランスの２次側出力に接続される整流・平滑回路と、整流・平滑回路で出力される直流電力を商用周波で電力制御するインバータと、コンバータおよびインバータを制御する制御回路からなり、燃料電池と接続する基板端子から高周波トランスの１次側入力までのプリント基板実装箇所を、厚さ７０μｍを超える銅箔パターンにて回路を形成した燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、同一プリント基板内にて、燃料電池と接続する基板端子から高周波トランスの１次側入力までのプリント基板実装箇所は、厚さ７０μｍを超える銅箔パターンにて回路を形成し、前記高周波トランスの２次側から、整流・平滑回路を経て、整流・平滑回路で出力される直流電力を商用周波で電力制御するインバータまでのプリント基板実装箇所は、厚さ７０μｍ以下の銅箔パターンにて回路を形成した燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第３の発明は、特に第２の発明において、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成したプリント基板と、厚さ７０μｍ以下の銅導電体にて回路を形成したるプリント基板を同一の基板で形成した燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第４の発明は、特に第２の発明において、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成したプリント基板と、厚さ７０μｍ以下の銅導電体にて回路を形成したるプリント基板を別個の基板で形成した燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明において、高周波トランスの１次側巻線の先端部分は、前記高周波トランスのボビンに固定されず引き出し線形状とした燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明において、高周波トランスの２次側巻線の先端部分は、前記高周波トランスのボビンに固定され、プリント基板の銅導電体に直接接続される構成とした燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第７の発明は、第１〜６のいずれか１つの発明において、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて形成した回路箇所を冷却風の風下に配置する構成とした燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第８の発明は、第１〜３、５および６のいずれか１つの発明において、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて形成した回路箇所を重力方向の最上位に配置する構成とした燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第９の発明は、第１〜８のいずれか１つの発明において、銅導電体が複数層積層された多層基板からなる燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第１０の発明は、特に、第９の発明において、燃料電池と接続する基板端子から高周波トランスの１次側入力までの銅導電体を、最外層に設ける構成とした燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第１１の発明は、特に、第１０の発明において、燃料電池と接続する基板端子から高周波トランスの１次側入力までの銅導電体を、最外層と同一形状のパターンを内層にも設ける構成とした燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

第１２の発明は、第１０または１１の発明において、燃料電池と接続する基板端子から高周波トランスの１次側入力までの銅導電体を、最外層と同一形状のパターンを内層にも設け、複数のビアで接続する構成とした燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態は請求項１に係わる。図１〜図４を参照して、本発明に係わる実施の形態１について説明する。

図１において、燃料電池２０の正負の出力間に平滑コンデンサ２１を介してコンバータ２２が接続されている。コンバータ２２は、４個の素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４からなるスイッチング素子２３のフルブリッジ回路で構成されている。

フルブリッジ回路に大電流を流すために４個の素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をそれぞれ複数個並列接続してもよい。図２のスイッチング素子２３の点線内には８個のスイッチング素子を図示しているが、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をそれぞれ２個並列接続した場合である。フルブリッジ回路に制御回路（図示しない）からのドライブ信号にてコンバータ２２を動作させることで、高周波電力に変換し昇圧トランス２４に供給する。

燃料電池２０は１ｋＷクラスの直流電力を発生し、スタックのセル枚数に比例した電圧を出力するため、図１の太線で示す回路パターンにはスタックのセル枚数に反比例した大電流が流れる。昇圧トランス２４により２次側には約４００Ｖの電圧を出力する。図２において、燃料電池２０は、プリント基板３１に設けられた基板端子３３に、ケーブル３２により接続される。

基板端子３３はプリント基板３１内の銅導電体により、図１の平滑コンデンサ２１（図２には図示していない）と接続され、続いてコンバータ２２を構成しているスイッチング素子２３に接続されている。

スイッチング素子２３で構成されるコンバータ２２の出力は、昇圧トランス２４の一次側にプリント基板３１内の銅導電体により接続される。コンバータ２２の出力と、昇圧トランス２４の一次側との接続は、基板の銅導電体のみならず、昇圧トランス２４の一次巻線をリード形状に引き出したリード線として接続してもよい。

なお、昇圧トランス２４の二次側には整流・平滑回路２５が接続され、インバータ２６を介して系統２７につながる。また、プリント基板３１にはスイッチング素子２３などの放熱を行うヒートシンク３４が設けられているとともに、放熱効果を高めるファン３５が設けられている。

すなわち、図３に示す大電流パターン領域４１に図１の太線で示す銅箔回路パターンが設けられ、スタックのセル枚数に反比例した大電流が流れる。図４に図３に示すプリント基板のＡ−Ｂ断面図およびＣ−Ｄ断面図を示す。

第１のパターン５１のみがスタックのセル枚数に反比例した大電流が流れ、銅導電体の厚さは約３００μｍ（パターン幅は２０ｍｍ程度）としたときのパターン表面の温度上昇度と、銅導電体の厚さが約７０μｍ（パターン幅は２０ｍｍ程度）でスタックのセル枚数が２倍になり、燃料電池スタックの出力電流が半分であったときのパターン表面の温度上昇度と同等レベルに抑えることが可能となる。

図４では、第２のパターン５２、第３のパターン５３および第４のパターン５４では流れる電流値が１０Ａ以下であるためパターンの銅箔厚さは３００μｍも必要としないが、図３に示すようにプリント基板３１は１枚で形成されているため、全てのパターンの銅箔厚さを約３００μｍとしている。

従って、大電流が流れるプリント基板実装箇所を、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成することで、バスバー等の機械的接続を要する部品を別途用意することが不要となり、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。コストダウンに有効な燃料電池のセル枚数低減に伴う、直流出力の低電圧化に対応した燃料電池の電力変換装置を実現することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態は請求項２〜４に係わる。図５〜図７を参照して、本発明に係わる実施の形態２について説明する。以下の説明では上記実施形態と同様の部分においては説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。本実施の形態２と実施の形態１との相違点は、プリント基板の銅導電体の厚さを、パターンに流れる電流値に応じて異なる構成としている点である。

図５において、大電流パターン領域４１内に設けた第５のパターン６１の銅箔厚さを約３００μｍとしている。第６のパターン６２、第７のパターン６３および第８のパターン６４は、銅箔厚さを約７０μｍとしている。

いずれのパターンも、同一プリント基板３１に流れる電流値に応じた銅箔厚さとなるよう形成することにより、設計に自由度が向上する。本発明には小信号を扱う制御電力変換装置を図示していないが、同一プリント基板に銅箔厚さ３５μｍ、あるいは１８μｍの回路パターンも形成することができるので、電力ラインの大電流回路と信号ラインの小電流回路とが同一基板に実装できるため、電力変換装置の小型化や実装工程の省力化に伴うコストダウンを図ることが可能となる。

図６において、プリント基板を第１の基板７１および第２の基板７２に分割し、それに伴いヒートシンクも第１のヒートシンク７３および第２のヒートシンク７４に分割している。図７に、第１の基板７１のＡ−Ｂ断面図、および第２の基板７２のＣ−Ｄ断面図を示す。

第１の基板７１に設けた第９のパターン８１および第１０のパターン８２の銅箔厚さを約３００μｍとし、第１１のパターン８３および第１２のパターン８４の銅箔厚さを約７０μｍとしている。

パターンの銅箔厚さ応じて、複数の別個の基板で構成することで、電力変換装置でのプリント基板レイアウトの設計自由度が向上する。複数の電力変換装置に個別化することで基板が小型になるため、はんだ実装時にプリント基板が加熱されることに伴う、基板の反りが抑制される。また同一基板で銅箔厚さが均一であるため、はんだ実装時において、はんだの基板への接合性のバラツキが抑えられるため、はんだ接合性の信頼性向上が図れる。

また、大電流が流れるプリント基板実装箇所を、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成することで、バスバー等の機械的接続を要する部品を別途用意することが不要となり、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。

コストダウンに有効な燃料電池のセル枚数低減に伴う、直流出力の低電圧化に対応した燃料電池の電力変換装置を実現することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態は請求項５または６に係わる。図８を参照して、本発明に係わる実施の形態３について説明する。以下の説明では上記実施の形態１または２と同様の部分においては説明を省略し、本実施の形態３の特徴的な部分を中心に説明する。本実施の形態３と実施の形態１または２との相違点は、高周波トランスとプリント基板の銅導電体との接合について規定している点である。

図８において、昇圧トランス２４の１次側巻線は数１０アンペアの高周波大電流が流れるため、一本ごとにエナメルで絶縁被服を施された銅線を複数本束ねて撚り合わせた銅線（リッツ線）構成され仕上がり外径が約５ｍｍとなる。

このため高周波トランスボビンの他のピンと同時にプリント基板に挿入して半田実装する場合は、トランスボビンの樹脂成型を個別に実施する必要があるが、著しく汎用性を損なってしまう。

このリッツ線からなる１次巻線８５を図８に示すように、高周波トランスのボビンに固定せず引き出し線形状とし、その先端部分をプリント基板の７０μｍを超える銅導電体である第１３のパターン８６に直接接続する構成としている。

また高周波トランスの２次側巻線の先端部分は、前記高周波トランスのボビンに固定され、その先端部分をプリント基板の７０μｍ以下の銅導電体である第１４のパターン８７に直接接続される構成としている。

１次巻線８５が引き出し形状のリード線のため、第１３のパターンからなるプリント基板と、第１４のパターンからなるプリント基板を別個の基板とすることができ、設計の自由度が大幅に向上する燃料電池の電力変換装置を実現することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態は請求項７または８に係わる。図９または図１０を参照して、本発明に係わる実施の形態４について説明する。

以下の説明では上記実施の形態１〜３と同様の部分においては説明を省略し、本実施の形態４の特徴的な部分を中心に説明する。本実施の形態４と実施の形態１〜３との相違点は、大電流パターン領域の配置を規定している点である。

図９は、大電流パターン領域８９と冷却ファン３５の実装構成を示す上面図である。

プリント基板の銅導電体厚さが７０μｍ以下の従来のままでは、電流の２乗に比例するジュール熱により、大電流パターン領域８９でのパターン表面の温度上昇が大きくなることからパターン自体の劣化が加速度的に進み、信頼性の低下を招くこととなる。

またこのことにより周辺部品が加熱されるため、部品自体の信頼性の低下も同時に招くこととなる。このため発熱を抑制するためには、銅導電体回路パターンの抵抗値を低減させるか、冷却ファン３５に近づけて実装することが必要となる。

しかしながら、冷却ファン３５に近づけて実装すると燃料電池２０から大電流パターン領域８９へ接続されるケーブル３２が長く引き伸ばされるため、ケーブル３２での損失が増大してしまう。このため大電流パターン領域８９は燃料電池２０と極力近く配置することが望ましい。

従って、大電流パターン領域８９の銅導電体回路パターンの抵抗値を低減させる、すなわち銅導電体厚さを、７０μｍを超える構成することが必要となる。このとき冷却ファン３５の風下に配置することになるため、大電流パターン領域８９から発生する熱で、周辺部品を加熱することもなく、プリント基板、実装部品ともに信頼性を確保できる燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

図１０は、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて形成した大電流パターン領域８９を重力方向の最上位に配置した燃料電池の電力変換装置の実装構成を示す部分断面図である。図９での説明と同様の効果が得られる。

この場合、自然風のドラフト力が働くため、冷却ファン３５を必ずしも必要としないため、機構部品が不要となることから信頼性を確保できる燃料電池の電力変換装置を実現することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態は請求項９〜１２に係わる。図１１〜図１４を参照して、本発明に係わる実施の形態５について説明する。

以下の説明では上記実施の形態１〜４と同様の部分においては説明を省略し、本実施の形態５の特徴的な部分を中心に説明する。本実施の形態５と実施の形態１〜４との相違点は、プリント基板を複数の銅導電体を積層した多層基板としている点である。

図１１は、プリント基板３１のＡ−Ｂ断面図である。第１５のパターン９１は、銅箔厚さを約３００μｍ、第１６のパターン９２は銅箔厚さを約７０μｍとしている。多層基板を用いることにより、パターンレイアウト密度が向上するためプリント基板の小型化を図ることができる。

図１２〜図１４に示すが、同一形状のパターンを複数設けて、並列接続することでパターンの断面積を大きくすることができるため、より多くの電流を流すことが可能となる。所定の電流を流し、パターン温度を所定の値以下に抑えるためには、パターン構成が１層のみの場合に対して、２層を並列接続した場合、１層あたりの銅箔厚さは約１／２でよく、３層を並列接続した場合では、１層あたりの銅箔厚さは約１／３でよい。

図１２に２層を並列接続した場合を示し、図１３および図１４に３層を並列接続した場合を示す。図１２は多層基板での外層（部品面および、はんだ面）を、大電流を流すパターン（第１７のパターン１０１）とした場合であり、外層に大電流を流す構成とすることでパターンでの発熱をプリント基板外へ有効に放熱することができる。なお、銅箔厚さを約７０μｍの第１８のパターン１０２も形成されている。

図１３は、多層基板の外層だけでなく内層も大電流パターンとして設け並列接続する（第１９のパターン２０１）ことで、１層あたりの銅箔厚さを低減できるため、はんだ実装時のパターン部での熱拡散に伴う、はんだ温度低下を抑制することができるため、はんだ接合性の信頼性向上が図れる。なお、銅箔厚さを約７０μｍの第２０のパターン２０２も形成されている。

図１４は、多層基板の部品リード部のスルーホールだけでなく、各層を電気的に接合しパターンを形成するビア３０１を多数設けることで、大電流を流すパターンを並列接続する際のさらなるパターン断面積の増加を図ることができるので、パターンでの抵抗による損失を低減することができる。

従って、大電流が流れるプリント基板実装箇所を、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成することで、バスバー等の機械的接続を要する部品を別途用意することが不要となり、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。

コストダウンに有効な燃料電池のセル枚数低減に伴う、直流出力の低電圧化に対応した燃料電池の電力変換装置を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる燃料電池の電力変換装置は、電力変換装置の内、大電流が流れるプリント基板実装箇所を、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成することで、バスバー等の機械的接続を要する部品を別途用意することが不要となり、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。

コストダウンに有効な燃料電池のセル枚数低減に伴う、直流出力の低電圧化に対応した燃料電池の電力変換装置を実現することができることから、燃料電池以外の、低電圧かつ大電流出力である直流電源の電力変換装置にも適用できる。

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図同燃料電池の電力変換装置の実装構成を示す上面図同燃料電池の電力変換装置の実装構成を示す上面図同燃料電池の電力変換装置の部分断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部分断面図同燃料電池の電力変換装置の実装構成を示す上面図同燃料電池の電力変換装置の部分断面図本発明の実施の形態３における燃料電池の電力変換装置の部分断面図本発明の実施の形態４における燃料電池の電力変換装置の実装構成を示す上面図同燃料電池の電力変換装置の実装構成を示す部分断面図本発明の実施の形態５における燃料電池の電力変換装置の部分断面図同燃料電池の電力変換装置の部分断面図同燃料電池の電力変換装置の部分断面図同燃料電池の電力変換装置の部分断面図従来の燃料電池の電力変換装置の回路図従来の燃料電池の電力変換装置の実装構成を示す上面図従来の燃料電池の電力変換装置の部分断面図

符号の説明

１燃料電池
２平滑コンデンサ
３コンバータ
４スイッチング素子
５昇圧トランス
６整流・平滑回路
７インバータ
８系統
９ケーブル
１０基板端子
１１基板
１２ヒートシンク
１３ファン
１４パターン
１５大電流パターン領域
２０燃料電池
２１平滑コンデンサ
２２コンバータ
２３スイッチング素子
２４昇圧トランス
２５整流・平滑回路
２６インバータ
２７系統
３１プリント基板
３２ケーブル
３３基板端子
３４ヒートシンク
３５ファン
４１大電流パターン領域
５１第１のパターン
５２第２のパターン
５３第３のパターン
５４第４のパターン
６１第５のパターン
６２第６のパターン
６３第７のパターン
６４第８のパターン
７１第１の基板
７２第２の基板
７３第１のヒートシンク
７４第２のヒートシンク
８１第９のパターン
８２第１０のパターン
８３第１１のパターン
８４第１２のパターン
８５１次巻線
８６第１３のパターン
８７第１４のパターン
８９大電流パターン領域
９１第１５のパターン
９２第１６のパターン
１０１第１７のパターン
１０２第１８のパターン
２０１第１９のパターン
２０２第２０のパターン
３０１ビア

Claims

燃料電池からの直流電力を商用系統に連系する電力変換装置において、燃料電池と接続する基板端子と、その基板端子を介して前記燃料電池に並列接続されるコンデンサと、そのコンデンサに並列に接続され、２個のスイッチング素子を直列接続したアームが２個からなるフルブリッジ構成のコンバータと、そのコンバータ出力に接続される高周波トランスと、その高周波トランスの２次側出力に接続される整流・平滑回路と、その整流・平滑回路で出力される直流電力を商用周波で電力制御するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御回路と、を備え、
前記高周波トランスの１次側巻線の先端部分は、前記高周波トランスのボビンに固定されず引き出し線形状とし、
前記高周波トランスの２次側巻線の先端部分は、前記高周波トランスのボビンに固定され、前記プリント基板の銅導電体に直接接続される構成とし、
前記基板端子から前記高周波トランスの１次側入力までのプリント基板実装箇所を、厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成し、
前記高周波トランスの２次側から、前記整流・平滑回路を経て、前記インバータまでのプリント基板実装箇所は、厚さ７０μｍ以下の銅導電体にて回路を形成した、
燃料電池の電力変換装置。
前記厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成したプリント基板と、前記厚さ７０μｍ以下の銅導電体にて回路を形成したプリント基板を同一の基板で形成した請求項１記載の燃料電池の電力変換装置。
前記厚さ７０μｍを超える銅導電体にて回路を形成したプリント基板と、前記厚さ７０μｍ以下の銅導電体にて回路を形成したプリント基板を別個の基板で形成した請求項１記載の燃料電池の電力変換装置。
前記厚さ７０μｍを超える銅導電体にて形成した回路箇所を冷却風の風下に配置する構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池の電力変換装置。
前記厚さ７０μｍを超える銅導電体にて形成した回路箇所を重力方向の最上位に配置する構成とした請求項１又は２に記載の燃料電池の電力変換装置。
銅導電体が複数層積層された多層基板からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池の電力変換装置。
前記基板端子から前記高周波トランスの１次側入力までの銅導電体を、最外層に設ける構成とした請求項６に記載の燃料電池の電力変換装置。
前記基板端子から前記高周波トランスの１次側入力までの銅導電体を、最外層と同一形状のパターンを内層にも設ける構成とした請求項７に記載の燃料電池の電力変換装置。
前記基板端子から前記高周波トランスの１次側入力までの銅導電体を、最外層と同一形状のパターンを内層にも設け、複数のビアで接続する構成とした請求項７または８に記載の燃料電池の電力変換装置。